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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und/oder Verformen eines Objektes, die eine Anlagefläche zum Anordnen an einer Oberfläche des Objektes, wenigstens eine Unterdruckquelle und ein Formkissen umfasst, das eine erste Hülle aufweist, die zumindest anteilig aus einem flexiblen Material besteht und in der sich eine Mehrzahl von Gegenständen befindet, wobei die wenigstens eine Unterdruckquelle eingerichtet ist, die erste Hülle des Formkissens durch einen ersten Anschluss mit einem Unterdruck zu beaufschlagen, wobei die wenigstens eine Unterdruckquelle eingerichtet ist, eine Saugkraft auf das Objekt auszuüben, wenn die Anlagefläche an der Oberfläche des Objektes angeordnet ist, und die Anlagefläche Teil der ersten Hülle des Formkissens ist, wobei die erste Hülle zumindest im Bereich der Anlagefläche aus einem luftdurchlässigen Material besteht und sich zwischen dem Formkissen und dem ersten Anschluss ein Zwischenraum befindet, der von dem Formkissen durch ein Gitter getrennt ist. Die Erfindung betrifft zudem Verfahren zum Verformen eines Objektes mit einer derartigen Vorrichtung.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
US 4 561 686 A bekannt.
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Prozessorientiertes Handhaben von Objekten, beispielsweise Bewegen oder an einer definierten Position Sichern, ist wesentlicher Bestandteil der meisten Industrie- und Logistikprozesse (siehe auch VDI 2860 „Handhaben“). Diese Objekte, im Folgenden auch Handhabungsobjekte genannt, können zum Beispiel Halbzeuge, Roh- und Fertigteile, also Werkstücke, Bauteile oder Werkzeuge sein. Dabei muss in vielen Anwendungen darauf geachtet werden, dass das zubewegende Handhabungsobjekt dabei nicht beschädigt wird. Dies gilt beispielsweise für bereits lackierte Karosserieteile im Fahrzeugbau, bei denen durch das Greifen und Bewegen der Objekte die Lackierung nicht beschädigt werden darf. Zudem stellt sich in vielen Anwendungsgebieten das Problem, dass die zu bewegenden Objekte selbst biegeschlaff sind, da es sich beispielsweise um Textilien, Folien oder flächige Leichtbauteile handelt. So ist es insbesondere bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen wichtig, die einzelnen Faserlagen exakt in die dafür vorgesehenen Formen zu drapieren, ohne dass es zu Verschiebungen und Beschädigungen in der Faserstruktur kommt. So müssen beispielsweise trockene Zuschnitte aus einem Kohlenstofffasergewebe oder aus einem Kohlenstofffasergelege, die aus Rollenmaterial zugeschnitten werden, von einem ebenen Schneidetisch in räumlich gekrümmte Formen eingelegt werden, in denen sie zu der fertigen Bauteilform verbacken werden. Derartige Arbeitsgänge werden heute noch immer weitgehend manuell durchgeführt, was einerseits zu hohen Herstellungskosten und andererseits zu unwirtschaftlich langen Taktzeiten bei der Herstellung führt. Eine wirtschaftliche Serienfertigung für die Großserie, wie sie beispielsweise im Automobilbau nötig ist, ist erst mit automatisierter Handhabung der einzelnen Bauteile möglich.
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Aus dem Stand der Technik sind eine ganze Reihe unterschiedlicher Greifprinzipien bekannt. Neben Nadelgreifern, Kratzengreifern, Adhäsionsgreifern, Gefriergreifern und Klemmgreifern werden hauptsächlich Sauggreifer in der Industrie eingesetzt. Diese bestehen prinzipiell aus Saugobjekten, beispielsweise Saugnäpfen, die an einer glatten Oberseite des zu bewegenden Handhabungsobjektes befestigt werden. Derartige Sauggreifer sind insbesondere geeignet, Gegenstände mit einer glatten Oberfläche, wie beispielsweise Windschutzscheiben im Automobilbau, zu transportieren. Nachteilig ist jedoch, dass herkömmlicherweise einzelne diskrete Greifpunkte, nämlich die einzelnen Saugnäpfe, in unveränderlicher Position an einem Rahmen befestigt werden. Werden nun biegeschlaffe Objekte, wie beispielsweise Textilien, mit einem derartigen Sauggreifer angehoben, hängen die Objekte zwischen den einzelnen Saugnäpfen durch, so dass es zu einer Verformung des zu transportierenden Objektes und zu einer Verschiebung innerhalb der Faserstruktur und der Faserorientierung kommen kann. Man ist daher bemüht, auch zwischen den einzelnen Saugnäpfen das Durchhängen der zu transportierenden Objekte zu verhindern. Bei dem Transport von luftdurchlässigen Materialien, wie beispielsweise Textilien ist darauf zu achten, dass durch die vorzusehende Unterdruckquelle ein ausreichender Volumenstrom aufrechterhalten wird, durch den eine Saugkraft auf das Handhabungsobjekt ausgeübt wird.
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Die
US 4 775 290 A offenbart deshalb, die Saugnäpfe in Ausnehmungen in einer elastischen Membran anzuordnen. Obwohl für starre Objekte, insbesondere Leiterplatinen, ausgelegt, ist das Greifen biegeschlaffer Objekte mit einer derartigen Anordnung denkbar. An ein biegeschlaffes Objekt angelegt, reduziert die Membran aufgrund ihrer Eigensteifigkeit das Durchhängen des Objektes beispielsweise während eines Bewegungsvorganges. Dennoch umfasst auch diese Ausgestaltung eines Sauggreifers mehrere einzelne Saugobjekte, so dass auch hier an diskreten Stellen die eigentliche Saugkraft auf das Handhabungsobjekt aufgebracht wird, so dass es in diesen Bereichen weiterhin zu Verformungen und Verschiebungen in der Faserstruktur kommen kann. Da die Membran in der beschriebenen Ausführungsform nicht hinterfüttert ist, ist der Greifer nicht formstabil. Die Membran wird lediglich zum Abdichten auf einer ungleichmäßigen Oberfläche verwendet.
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Aus der
DE 10 2006 050 970 B4 ist ein Flächensauggreifer bekannt, bei dem an der dem Handhabungsobjekt zugewandten Seite einer Unterdruckkammer ein Schaumstoffbelag angeordnet ist. Dieser verfügt über Kanäle, durch die der Unterdruck der Unterdruckkammer auf das zu transportierende gegebenenfalls biegeschlaffe Handhabungsobjekt übertragen wird. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass an vielen Stellen über eine relativ große Fläche die Saugwirkung auf das Handhabungsobjekt übertragen wird und zudem durch die Verwendung des Schaumstoffs eine gewisse Formadaptivität des Sauggreifers vorliegt, so dass er sich der Form des Handhabungsobjektes zumindest in gewissen Grenzen anpassen kann. Eine ähnliche Einrichtung ist aus der
DE 195 46 456 A1 bekannt. Auch hier wird über separate Kanäle oder Zwischenräume ein Unterdruck auf das zu transportierende Handhabungsobjekt übertragen.
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Die
DE 10 2009 018 135 A1 offenbart eine Weiterentwicklung dieses Flächensauggreifers. Durch unterschiedliche Größen der Durchgangslöcher der Schaumstoffschicht, die zwischen der eigentlichen Vakuumkammer und dem Handhabungsobjekt angeordnet ist, soll die Strömungsgeschwindigkeit der abgesaugten Luft an der Oberfläche des Handhabungsobjektes homogenisiert und somit eine homogenere Druckverteilung erreicht werden.
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Beide Ausgestaltungen weisen jedoch noch immer diskrete Saugobjekte auf, die die bereits beschriebenen Nachteile aufweisen. Zudem ist durch die verwendete Schaumstoffschicht nur eine begrenzte Anpassung der Anlagefläche des Sauggreifers an die Krümmung der Oberfläche des Handhabungsobjektes möglich.
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Aus der WO 2006/ 082 100 A1 ist eine universelle Greif- und Haltevorrichtung bekannt, die über ein Formkissen verfügt, das mit einem Granulat befüllt ist. Dieses Formkissen ist mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Um mit dieser Greifvorrichtung einen Gegenstand zu greifen, wird das Formkissen mit dem Handhabungsobjekt in Kontakt gebracht, so dass sich das Granulat innerhalb des Formkissens um das Handhabungsobjekt herum verteilt. Anschließend wird das Formkissen mit einem Unterdruck beaufschlagt, so dass sich das in dem Formkissen enthaltene Granulat verfestigt. Eine weitere Verformung des Formkissens ist je nach Beschaffenheit des Granulats erschwert oder unmöglich. Daher kommt es zwischen dem Formkissen und dem Handhabungsobjekt zu einem Form- und gegebenenfalls Reibschluss, so dass das Objekt mittels des Greifers transportiert werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass diese Art von Greifvorrichtung nur dann funktioniert, wenn es zu einem Formschluss oder zumindest einem ausreichend starken Reibschluss zwischen dem Formkissen und dem Handhabungsobjekt kommt. Ein flächiges Bauteil, bei dem dies nicht so einfach erreicht werden kann, wie beispielsweise eine Motorhaube oder ein großes Karosserieteil, lässt sich mit einem derartigen Greifer nicht ohne Weiteres bewegen.
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Der hier beschriebenen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Halten und/oder Verformen eines Objektes vorzuschlagen, mit der Objekte nahezu unabhängig von ihrer Form einfach, sicher und ohne das Risiko von Beschädigungen gehandhabt und/oder fixiert werden können.
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Die hier beschriebene Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Handhaben und/oder Fixieren eines Objektes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die sich dadurch auszeichnet, dassein undurchlässiger Anteil der Hülle des Formkissens an einem Trägerobjekt angeordnet ist, durch das der erste Anschluss hindurch vorgesehen ist .
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung verfügt folglich über ein Formkissen, das sich, sofern ein Objekt mit der Vorrichtung gehandhabt und/oder fixiert werden soll, an die Form dieses Objektes anpasst. Dazu befinden sich in der ersten Hülle des Formkissens eine Mehrzahl von Gegenständen, die beispielsweise ein rieselfähiges Granulat sein können. Die Größe der einzelnen Objekte des Granulates kann abhängig von der Größe der einzelnen Strukturen an der Oberfläche des zu greifenden Gegenstandes gewählt werden. Soll nun ein Objekt beispielsweise gegriffen werden, wird die Anlagefläche an einer Oberfläche dieses Objektes angeordnet und das Formkissen passt sich der Form des zu greifenden Objektes an. Nun kann durch die wenigstens eine Unterdruckquelle die erste Hülle des Formkissens mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, so dass sich die Gegenstände innerhalb der ersten Hülle verfestigen, so dass eine weitere Verformung des Formkissens erschwert oder nicht mehr möglich ist. Das Formkissen und damit auch die Anlagefläche der Vorrichtung weist nun eine optimal an die Form des zu greifenden Objektes angepasste geometrische Form auf. Die wenigstens eine Unterdruckquelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zudem eingerichtet, eine Saugkraft auf das Objekt auszuüben, wenn die Anlagefläche an der Oberfläche des Objektes angeordnet ist. Durch diese Saugkraft wird das zu greifende Objekt in Richtung auf die Vorrichtung bezogen und kann so bewegt, gegriffen, fixiert oder sonst in einer Form gehandhabt werden. Somit können auch Objekte bewegt, gegriffen, fixiert oder gehandhabt werden, bei denen es aufgrund ihrer Gestalt nicht zu einem Formschluss mit dem verfestigten Formkissen kommen kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher für Objekte nahezu jeder Gestalt, Größe, Steifigkeit und Materialbeschaffenheit verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist die Anlagefläche Teil der ersten Hülle des Formkissens. Zudem besteht die erste Hülle zumindest im Bereich der Anlagefläche aus einem luftdurchlässigen Material. Wird diese erste Hülle mit der Anlagefläche aus einem luftdurchlässigen Material an dem zu handhabenden Objekt angeordnet und mit einem Unterdruck beaufschlagt, ist dieser Unterdruck einerseits ausreichend, um für eine Verfestigung der Mehrzahl von Gegenstände, die sich in der ersten Hülle befinden, zu sorgen. Zum anderen ist der Unterdruck ausreichend, die Saugkraft auf das Objekt auszuüben, so dass das Objekt an der Vorrichtung gehalten und falls vorgesehen gehandhabt werden kann. Dadurch, dass die erste Hülle im Bereich der Anlagefläche aus einem luftdurchlässigen Material besteht, das beispielsweise ein Textil, ein Gewebe oder ein Gitter sein kann, wird die Saugkraft tatsächlich vollflächig auf das zu transportierende Objekte übertragen. Es wird also durch das Formkissen hindurch gesaugt. Eine ungewünschte Verformung des Objektes oder eine Verschiebung oder Umorientierung der einzelnen Fasern für den Fall, dass es sich bei dem zu transportierenden Objekt um ein Gewebe oder ein Gelege handelt, ist somit sicher ausgeschlossen. Dadurch, dass sich das Formkissen optimal an die Form des zu transportierenden Gegenstandes anpasst, und zudem die Saugwirkung vollflächig erfolgt, kann das Objekt in diesem Bereich nicht durchhängen oder sich in sonstiger Weise verformen.
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Für diesen Fall ist es ausreichend, wenn die Vorrichtung genau eine Unterdruckquelle umfasst. Durch diese wird sowohl die erste Hülle des Formkissens mit Unterdruck beaufschlagt als auch die Saugwirkung auf das Objekt ausgeübt. Dabei ist es unschädlich, wenn das Objekt beispielsweise nicht die vollständige Anlagefläche der Vorrichtung abdeckt. So ist es möglich, mit einer Anlagefläche auch Objekte zu halten, die deutlich kleiner sind als die Anlagefläche. Insbesondere für den Fall, dass Gewebe oder Textilien mit der Vorrichtung gehandhabt, fixiert, gehalten oder gegriffen werden sollen, ist es nötig, während der gesamten Dauer der gewünschten Handlung einen gewissen Volumenstrom durch die Unterdruckquelle aufrecht zu erhalten. Deckt nun das zu transportierende Objekt die Anlagefläche nicht vollständig ab, wird in diesem Bereich der Anlagefläche ein Volumenstrom erzeugt, der keine Kraft auf das zu transportierende Objekt ausübt. So lange der Volumenstrom in dem Teil der Anlagefläche, die an dem Objekt angeordnet ist, groß genug ist, hat dies jedoch nicht den Ausfall der Vorrichtung zur Folge.
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In einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Vorrichtung eine erste Unterdruckquelle, die ausgebildet ist, die erste Hülle des Formkissens mit einem Unterdruck zu beaufschlagen, und eine zweite Unterdruckquelle auf, die eingerichtet ist, eine Saugkraft auf das Objekt auszuüben, wenn die Anlagefläche an der Oberfläche des Objektes angeordnet ist. Dies hat zwar einen etwas komplexeren Aufbau der Vorrichtung zur Folge, bietet jedoch eine ganze Reihe von Vorteilen. Zum einen ist es möglich, die erste Hülle des Formkissens mit einem anderen Unterdruck zu beaufschlagen, als er nötig ist, um die nötige Saugkraft auf das zu transportierende Objekt auszuüben. Zudem kann die erste Hülle des Formkissens aus einem luftundurchlässigen Material ausgebildet sein. Es ist in diesem Fall nicht nötig, während der gesamten Dauer der Handhabung in diesem Bereich einen Volumenstrom aufrecht zu erhalten. Nachdem die erste Hülle des Formkissens mit einem Unterdruck beaufschlagt wurde und die Luft soweit aus der ersten Hülle entfernt wurde, dass sich die darin enthaltenen Gegenstände verfestigen, kann ein beispielsweise dafür vorgesehenes Ventil geschlossen werden, so dass keine Luft in die erste Hülle des Formkissens eindringen kann. Nachdem dieses Ventil geschlossen wurde, kann die erste Unterdruckquelle abgeschaltet und so Energie eingespart werden.
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Vorteilhafterweise ist die zweite Unterdruckquelle eingerichtet, auch als Überdruckquelle verwendbar zu sein, so dass sie eine Blaskraft auf das Handhabungsobjekt ausübt, wenn die Anlagefläche an der Oberfläche des Handhabungsobjektes angeordnet ist. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise ein Gewebe, beispielsweise ein Kohlenstofffasergewebezuschnitt in einer Form angeordnet werden soll, in der er später zu einem fertigen Faserverbundbauteil verbacken werden soll. Dabei ist es nötig, den Faserzuschnitt so in der Form anzuordnen, dass der Faserzuschnitt der geometrischen Ausgestaltung dieser Form vollständig folgt, um später ein der Bauteilauslegung entsprechend geformtes Faserverbundbauteil herstellen zu können. Ist nun die zweite Unterdruckquelle auch als Überdruckquelle verwendbar, kann sie eine Blaskraft auf das gehandhabte Objekt ausüben, so dass es insbesondere in kleinere Ecken, Kanten oder Hinterschneidungen der Form hineingeblasen wird. Zusätzlich kann ein Luftstrom aus der Unterdruck- und der Überdruckquelle zum gezielten Abkühlen verwendet werden.
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Bei allen hier beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung kann es sinnvoll sein, die Vorrichtung so auszubilden, dass die Anlagefläche in mehreren Teilsegmenten, die besonders bevorzugt separat ansteuerbar sind, mit Unterdruck beaufschlagt werden kann. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, Anteile der Anlagefläche nicht mit einem Unterdruck zu beaufschlagen, so dass hier auf der dem Gegenstand zugewandten Seite keine Saugwirkung entsteht, was insbesondere für den Fall von Vorteil ist, wenn sich die Anlagefläche in diesem Bereich nicht an einer Oberseite des Gegenstands befindet, etwa weil der Gegenstand dafür zu klein ist. Zudem ist es durch die Unterteilung in verschiedene Segmente möglich, ein Fasergewebe an bestimmten Stellen stärker mit einer Blas- oder Saugkraft zu beaufschlagen, als an anderen Stellen. Dadurch wird auch ermöglicht, bestimmte Bereiche mit einer Saugkraft und gleichzeitig andere Bereiche mit einer Blaskraft zu beaufschlagen.
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Vorzugsweise verlaufen zwischen dem Formkissen und der Anlagefläche Gasleitungsobjekte, die mit der zweiten Unterdruckquelle verbunden sind. Dies können beispielsweise Schläuche, in ein flexibles Material eingearbeitete Kanäle, beispielsweise in Silikon, oder ähnliche Objekte sein, durch die der Unterdruck oder gegebenenfalls auch der Überdruck der zweiten Unterdruckquelle zu der Anlagefläche geleitet wird, so dass hier eine Saugkraft auf das Objekt ausgeübt werden kann. Soll dies beispielsweise nur an bestimmten Stellen oder in bestimmten Segmenten geschehen, kann es sinnvoll sein, die einzelnen Gasleitungsobjekte separat, beispielsweise über je ein Ventil, ansteuerbar auszugestalten.
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Je nach Art und Beschaffenheit des Handhabungsobjektes und den Anforderungen der Prozesse kann es von Vorteil sein, wenn die Vorrichtung Heizobjekte umfasst, durch die die Anlagefläche beheizbar ist. Dies kann beispielsweise durch in der Anlagefläche verlegte elektrisch leitfähige Bahnen, beispielsweise Drähte oder leitfähige Lackschichten, geschehen, die in dem Material der Anlagefläche angebracht oder eingenäht sind und als Ohm'sche Widerstandheizung verwendet werden können. Alternativ oder zusätzlich dazu können elektromagnetische Spulen vorgesehen sein, die mittels geeigneter Anregung durch Wechselstrom eine Erhitzung hervorrufen können, was beispielsweise von Vorteil sein kann, wenn Kohlenstofffasergewebe oder Kohlenstofffasergelege transportiert werden sollen.
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Mit einer oben beschriebenen Vorrichtung können völlig unterschiedliche Objekte gehalten werden. So sind derartige Vorrichtungen nicht nur in Produktionsstätten einsetzbar, bei denen zu verarbeitende Bauteile von einer Arbeitsstation zur nächsten transportiert werden, oder beispielsweise Fasergewebezuschnitte in eine dafür vorgesehene Form eingelegt werden müssen. Hier beschriebene Vorrichtungen können beispielsweise auch an Flughäfen verwendet werden, um Gepäckstücke zwischen Förderbändern oder Gepäckanhängern zu handhaben, die in Form, Größe, Gewicht, Material und Deformierbarkeit völlig unterschiedlich sein können und deren Oberfläche nur gering belastet werden darf, um Beschädigungen zu vermeiden. Genauso ist es denkbar, eine entsprechende Vorrichtung an einem Arbeitstisch einer Werkzeugmaschine vorzusehen, um empfindliche Werkstücke, die bei der Bearbeitung beispielsweise mittels einer CNC-Fräse sicher und unbeweglich gehalten werden müssen, an Ort und Stelle festzuhalten. Letztendlich ist die Vorrichtung überall da einsetzbar, wo Objekte gehandhabt, bewegt, gehalten oder gegriffen werden müssen.
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Die verwendeten Gegenstände, die sich in der ersten Hülle des Formkissens befinden, sind dabei vorteilhafterweise an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst. Je feiner die zu handhabenden bzw. zu fixierenden Objekte strukturiert sind, desto kleiner sollten auch die einzelnen Gegenstände sein. Dennoch ist darauf zu achten, dass auch im verfestigten Zustand ausreichend Zwischenräume zwischen den einzelnen Gegenständen vorhanden sind, um beispielsweise durch die erste Hülle und durch das Formkissen hindurch saugen zu können, um die Saugkraft auf das Objekt aufzubringen. Aus diesem Grund kann es sinnvoll sein, wenn die erste Hülle zumindest im Bereich der Anlagefläche aus einem maschenartigen Gewebe besteht, dessen Maschen möglichst groß ausgebildet sein sollten. Eine obere Grenze für die Maschengröße ist dabei die Größe der einzelnen Gegenstände, die sich in der ersten Hülle befinden. Sie dürfen natürlich die erste Hülle durch diese Maschen nicht verlassen können.
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Der Füllstoff sollte eine möglichst geringe Dichte aufweisen, um die erforderliche Traglast für die Einrichtung zum Bewegen, beispielsweise einen Roboter, möglichst gering zu halten. Unter Beachtung der herrschenden Temperatur, der aufzubringenden Prozesskraft und den Eigenschaften zur Verformung sind diese vorzugsweise Kugeln aus Polystyrol oder hohle Kugeln aus Glas oder Kunststoff.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Verformen eines Objektes in einer Form mit einer beschriebenen Vorrichtung umfasst die Schritte:
- a) Anordnen der Anlagefläche an einer Oberfläche des Objektes,
- b) Beaufschlagen der ersten Hülle mit einem Unterdruck,
- c) Ausüben einer Saugkraft auf das Objekt,
- d) Verformen des Objektes in der Form, wobei der Unterdruck, mit dem die erste Hülle beaufschlagt ist, reduziert wird.
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Das Objekt, das in diesem Fall das Handhabungsobjekt darstellt, wird folglich in einer Ursprungsform, die beispielsweise flächig und eben sein kann, von der Vorrichtung aufgenommen. Für die Vorrichtung ist die tatsächliche Ausgestaltung der Ursprungsform des Objektes unerheblich, da sich die Vorrichtung an beliebige Formen anpassen kann. Zudem ist es für die Vorrichtung nicht von Bedeutung, ob es sich bei dem Objekt um ein biegeschlaffes, biegsames oder starres Objekt handelt. Die erste Hülle des Formkissens passt sich optimal an die Form des Objektes an, wird mit einem Unterdruck beaufschlagt und verfestigt sich so, dass ein weiteres Verformen erschwert oder unmöglich ist. Durch das Ausüben der Saugkraft auf das Objekt wird dieses an der Vorrichtung fixiert und kann beispielsweise in einem Handhabungsvorgang bewegt werden.
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Soll das Objekt, das beispielsweise ein Gewebezuschnitt oder ein Gelegezuschnitt aus Kohlenstofffasern sein kann, in eine Form eingebracht (drapieren) werden, kann dies durch eine hier beschriebene Vorrichtung geschehen. Dazu wird das Objekt, das sich noch immer in seiner Ursprungsgestalt (in der Regel eben) befindet, in die Vorrichtung eingedrückt, so dass sich die Form des Objektes ändert. Da sich in diesem Fall auch die Form des Formkissens und damit der ersten Hülle ändern muss, ist es sinnvoll, den Unterdruck, mit dem die erste Hülle beaufschlagt ist, zu reduzieren. Dies bedeutet, dass der Druck im Inneren der Hülle steigt und das Vakuum schwächer wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Unterdruck in der ersten Hülle so weit zu reduzieren, dass die Gegenstände im Innern der ersten Hülle unter Krafteinwirkung aneinander abgleiten können und die erste Hülle verformbar wird, ohne dass die Saugkraft, die auf das Objekt ausgeübt wird, so weit verringert wird, dass das Objekt den Kontakt zu der Vorrichtung verliert. Dies ist natürlich besonders einfach möglich, wenn zwei Unterdruckquellen vorhanden sind, von denen eine die erste Hülle des Formkissens mit Unterdruck beaufschlagt und die andere die Saugkraft auf das Objekt, also das Handhabungsobjekt, aufbringt.
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Eine alternative Ausgestaltung des Verfahrens zum Verformen eines Objektes umfasst die Schritte
- a) Anordnen der Vorrichtung an einer Form, so dass die erste Hülle des Formkissens der geometrischen Kontur der Form folgt,
- b) Beaufschlagen der ersten Hülle mit einem Unterdruck,
- c) Ausüben einer Saugkraft auf das Objekt, so dass es der Kontur der ersten Hülle folgt.
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Auch in diesem Verfahren soll das Objekt, das das Handhabungsobjekt darstellt und das zunächst eine geometrische Ausgangsform aufweist, einer Form angepasst werden. Dazu wird in diesem Fall zunächst das Formkissen in die Form eingebracht, so dass es der geometrischen Kontur dieser Form folgt. Anschließend wird die erste Hülle mit einem Unterdruck beaufschlagt, so dass eine weitere Verformung der ersten Hülle und damit des Formkissens unmöglich ist. Die geometrische Kontur des Formkissens entspricht nun einer Negativform der Form, in die das Objekt eingebracht werden soll.
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In diesem Zustand des Formkissens wird nun die Anlagefläche der Vorrichtung so an dem Objekt, beispielsweise einem biegeschlaffen zu verformenden Objekt, angeordnet, dass durch den Unterdruck eine Saugkraft auf das Objekt aufgebracht werden kann. Sofern diese Saugkraft groß genug und die gewünschte Kontur dazu geeignet ist, wird sich das Objekt an die Form des Formkissens anpassen und so die gewünschte und angestrebte Ausgestaltung für die Anordnung in der Form bereits erhalten.
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Ein manuelles Drapieren der einzelnen Gewebezuschnitte oder Gelegezuschnitt in dafür vorgesehenen Formen ist somit unnötig geworden. Gleichzeitig kann mit der integrierten Heizung ein thermoplastischer Binder, der auf Kohlenstofffasergewebezuschnitte oder -gelegezuschnitte aufgebracht sein kann, aufgeschmolzen werden, damit der gehaltene Zuschnitt mit bereits in der Form liegenden Zuschnitten verklebt werden kann. Auf diese Weise wird die Prozesszeit und aufzuwendende thermische Energie zur Herstellung von Textilvorformlingen (preforms) für den nachfolgenden RTM-Spritzgussprozess (RTM: Resin Transfer Molding) auf ein Bruchteil gegenüber dem aktuellen Stand reduziert.
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Mit Hilfe einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigt
- 1 - zwei unterschiedliche Anordnungen einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einer Form,
- 2 - ein Verfahren zum Verformen eines biegeschlaffen Objektes mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 3 - ein weiteres Verfahren zum Verformen eines biegeschlaffen Objektes,
- 4 - ein Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen Objektes in einer Form mit einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 5 - ein weiteres Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen Objektes in einer Form mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 6 - eine schematische dreidimensionale Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 7 - eine schematische Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
- 8 - eine weitere Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und
- 9 - eine weitere Schnittdarstellung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt zwei Anordnungen einer Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Vorrichtung 1 verfügt über ein Formkissen 2, das im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Anlagefläche 4 aufweist. Innerhalb des Formkissens 2 befindet sich eine erste Hülle, die in den Figuren nicht dargestellt ist. In dieser befinden sich eine Mehrzahl von Gegenständen, beispielsweise ein Granulat. Das Formkissen 2 kann sich einer gewünschten Form anpassen. Zudem ist das Formkissen 2 über eine nicht gezeigte Unterdruckquelle mit einem Unterdruck beaufschlagbar. In diesem Fall verfestigt sich das Granulat, das sich in der ersten Hülle befindet, so dass das Formkissen 2 in der gewünschten Form verharrt.
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Im in 1 links dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich die Vorrichtung 1 an einem Roboterarm 6 und ist über diesen in Position und Orientierung programmgesteuert bewegbar. Im in 1 rechts gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Vorrichtung 1 in einer beispielsweise am Boden fixierten Position und ist nicht über den Roboterarm 6 beweglich. Mit beiden in 1 gezeigten Anordnungen ist es möglich, beispielsweise ein biegeschlaffes Objekt, das beispielsweise ein Gewebezuschnitt aus einem Kohlenstofffasergewebe sein kann, in ein in den jeweiligen Anordnungen ebenfalls dargestellte Form 8 zu bringen. Im in 1 links gezeigten Anordnungsbeispiel befindet sich die Form 8 in einem beispielsweise am Fußboden fixierten Zustand, während sie im in 1 rechts dargestellten Ausführungsbeispiel am Roboterarm 6 beweglich ausgestaltet ist. Für beide Anordnungen werden im folgenden Verfahren beschrieben, mit denen ein biegeschlaffes Objekt in der Form 8 angeordnet werden kann.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Verfahrens für die in 1 rechts dargestellte Anordnung. Die einzelnen Verfahrensschritte sind dabei skizzenhaft dargestellt und durch Pfeile, die von links nach rechts deuten, nebeneinander dargestellt. Der erste Verfahrensschritt ist folglich im linken Teil der 2 dargestellt. Man erkennt die Vorrichtung 1 mit dem Formkissen 2 und der sich daran befindenden Anlagefläche 4. Auf dieser Anlagefläche 4 wird nun, wie in der rechts anschließenden Darstellung gezeigt, ein flexibles Objekt 10 angeordnet. Muss dieses biegeschlaffe Objekt 10 beispielsweise durch die Vorrichtung 1 erst an eine bestimmte Stelle transportiert werden, ist es sinnvoll, das biegeschlaffe Objekt 10 über eine ebenfalls nicht gezeigte Unterdruckquelle mit Unterdruck zu beaufschlagen und so eine Saugkraft auf das biegeschlaffe Objekt 10 auszuüben, die im in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nach unten wirkt.
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Im rechten Anteil der 2 ist dargestellt, wie die Form 8, die sich am Roboterarm 6 befindet, nach unten gedrückt wird. Dies ist durch die Pfeile 12 dargestellt. Man erkennt, dass sich das Formkissen 2 und damit auch die Anlagefläche 4 und das sich daran befindliche biegeschlaffe Objekt 10 verformen. Sofern über eine Unterdruckquelle die erste Hülle des Formkissens 2 mit einem Unterdruck beaufschlagt war, um eine weitere Verformung des Formkissens 2 zu verhindern, muss dieser Unterdruck nun vermindert oder ganz abgeschaltet werden, um eine Verformung des Formkissens 2, wie in 2 dargestellt, zu erlauben. In dem in 2 dargestellten Verfahren wird folglich das biegeschlaffe Objekt 10 gemeinsam mit dem Formkissen 2 verformt.
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3 zeigt eine andere Möglichkeit, das biegeschlaffe Objekt 10 in die gewünschte Form zu bringen. Im linken Anteil der 3 ist erkennbar, dass die Form 8 von dem Formkissen 2 abgehoben wird. Zuvor wurde die Form 8 auf das Formkissen 2 aufgedrückt, so dass das Formkissen 2, wie in 3 links dargestellt, nun die räumliche Ausgestaltung der Form 8 angenommen hat. Dabei wurde die erste Hülle, die sich in dem Formkissen 2 befindet, mit einem Unterdruck beaufschlagt, so dass sich das darin befindliche Granulat, beziehungsweise die sich darin befindenden Gegenstände, verfestigt und das Formkissen 2 nun die Form der Form 8 beibehält. Auch die Anlagefläche 4 weist nun diese Gestalt auf. Im mittleren Anteil der 3 ist dargestellt, wie das biegeschlaffe Objekt 10, das am Roboterarm 6 befestigt ist, durch eine geeignete Bewegung, die durch die Bewegungspfeile 14 dargestellt ist, an die Anlagefläche 4 des Formkissens 2 angebracht wird. Dabei führt der Roboterarm 6 eine entsprechende Bewegung aus, durch die er das biegeschlaffe Objekt 10 in die gewünschte Position relativ zum Formkissen 2 bringt. Durch die ebenfalls im mittleren Teil der 3 gezeigten kleinen Pfeile wird angedeutet, dass eine Saugkraft aufgebracht wird, die in Richtung auf das Formkissen 2 bzw. die Anlagefläche 4 wirkt. Dadurch wird das biegeschlaffe Objekt 10 in Richtung auf das Formkissen 2 bewegt. Im Ergebnis, das im rechten Teil der 3 gezeigt ist, befindet sich nun das biegeschlaffe Objekt 10 an dem Formkissen 2 bzw. der Anlagefläche 4 und weist die Form auf, die durch die Form 8 vorgegeben war.
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4 zeigt ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Drapieren eines biegeschlaffen Objektes 10 in der Form 8.
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Zunächst wird die Vorrichtung 1 über den Roboterarm 6 mit einem Formkissen 2, das sich in der Ursprungsform befindet, in die Form 8 eingeführt. Dabei wird das Formkissen 2 in die Form 8 eingedrückt, bis es der Form der Form 8 entspricht, wie dies in der oberen Zeile in der mittleren Darstellung in 4 dargestellt ist. In diesem Zustand wird die erste Hülle innerhalb des Formkissens 2 mit Unterdruck beaufschlagt, so dass sich das Granulat verfestigt und das Formkissen 2 die Form der Form 8 beibehält. Anschließend wird die Vorrichtung 1 aus der Form 8 entfernt. Wie im oberen rechten Anteil der 4 dargestellt ist, behält das Formkissen 2 die Gestalt der Form 8 bei.
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An die Anlagefläche 4 des Formkissens 2 wird im nächsten Verfahrensschritt das biegeschlaffe Objekt 10 angeordnet. Dabei wird die Vorrichtung 1 in einer geeigneten Bewegung, die durch die Bewegungspfeile 14 dargestellt ist, geführt. Gleichzeitig wird eine Saugkraft, die in der 4 durch die kleinen Pfeile dargestellt ist, auf das biegeschlaffe Objekt 10 aufgebracht, so dass es der Form des Formkissens 2 folgend an der Vorrichtung 1 angeordnet werden kann. Dies ist in der mittleren Darstellung der unteren Zeile in 4 dargestellt. Durch die weiterhin wirkende Saugkraft, die durch die Unterdruckquelle auf das biegeschlaffe Objekt 10 aufgebracht wird, kann das biegeschlaffe Objekt 10 nun an dem Formkissen 2 bzw. der Anlagefläche 4 hängend transportiert werden und, wie in der letzten Darstellung in 4 gezeigt, in die gewünschte Form 8 eingebracht werden. Um die Form 8 möglichst gut auszufüllen und auch kleinen strukturellen Details zu folgen, kann es sinnvoll sein, statt der Saugkraft nun eine Blaskraft auf das biegeschlaffe Objekt 10 aufzubringen, durch die es in die Form 8 eingeblasen wird.
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5 zeigt eine weitere Möglichkeit, das biegeschlaffe Objekt 10 in die Form 8 einzubringen. Zunächst ist das biegeschlaffe Objekt 10 in seiner ursprünglichen Form, die in 5 eben und gerade ist, aufgenommen worden. Man erkennt, dass das Formkissen 2 im linken Anteil der 5 ebenfalls noch in der Ursprungsform ist, während jedoch das biegeschlaffe Objekt 10 über eine Saugkraft am Formkissen 2 gehalten wird. In dieser Form wird es durch den Roboterarm 6 über die Form 8 transportiert.
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Anschließend wird die Vorrichtung 1 mit dem sich daran befindlichen biegeschlaffen Objekt 10 nach unten in die Form 8 hineingedrückt. Man erkennt in der mittleren Darstellung der 5, dass es zu einer Verformung des Formkissens 2 und des biegeschlaffen Objektes 10 kommt. Damit dies möglich ist, muss der Unterdruck, mit dem die erste Hülle beaufschlagt wurde, reduziert werden, so dass eine Verformung des Formkissens 2 möglich wird.
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Diese Verformung des Formkissens 2 und des biegeschlaffen Objektes 10 erfolgt so lange bis die im rechten Anteil der 5 gezeigte Situation eintritt und die Gestalt des biegeschlaffen Objektes 10 der Kontur der Form 8 folgt.
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Allgemein lassen sich die Verfahren in zwei Gruppen aufteilen. Während in den Verfahren gemäß den 2 und 5 das Formkissen 2 gemeinsam mit dem biegeschlaffen Objekt 10 verformt wird, ist in den Verfahren gemäß den 3 und 4 zunächst das Formkissen 2 der Vorrichtung 1 zu verformen, während erst anschließend das biegeschlaffe Objekt 10 an das Formkissen 2 bzw. die Anlagefläche 4 angeordnet und dabei verformt wird.
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All dies ist nur möglich, weil die hier beschriebene Vorrichtung in der Lage ist, ihre Form sowohl der gewünschten Form 8 als auch der Form des biegeschlaffen Objektes 10 in seiner ursprünglichen Form anzupassen. All dies ist mit den Vorrichtungen aus dem Stand der Technik nicht möglich.
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6 zeigt die schematische Schnittdarstellung durch eine Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Man erkennt das Formkissen 2, das mit einem schematisch dargestellten Granulat 16 gefüllt ist. Ein Teil der Unterseite des Formkissens 2 besteht aus einem luftdurchlässigen Material und bildet die Anlagefläche 4. Innerhalb des Formkissens 2 befindet sich eine schematisch dargestellte Induktionsspule 18, die als Heizobjekt verwendet wird.
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Ein undurchlässiger Anteil 20 der Hülle des Formkissens 2 ist über einen Schnellverschluss 22 an einem Trägerobjekt 24 angeordnet.
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Durch das Trägerobjekt 24 hindurch ist ein erster Anschluss 26 vorgesehen, an den eine Unterdruckquelle anschließbar ist, so dass durch den ersten Anschluss 26 Luft abgesaugt werden kann. Um zu verhindern, dass das Granulat 16 durch den ersten Anschluss 26 mit abgesaugt wird, verfügt die Vorrichtung 1 über einen Gitter 28.
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7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Vergleich mit der in 6 gezeigten Ausführung der Vorrichtung 1 zeigt, dass das Formkissen 2 in der in 7 gezeigten Ausführungsform größer ausgebildet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass am Trägerobjekt 24 seitliche Begrenzungen 30 vorgesehen sind, die sich im in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel nach unten erstrecken und so das Volumen des Formkissens 2 vergrößern.
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In der Anlagefläche 4 sind zudem Heizdrähte 32 dargestellt, die die in 1 dargestellte Induktionsspule 18 als Heizobjekt ersetzen.
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8 zeigt eine Ausgestaltung der Vorrichtung 1, bei der das Formkissen 2 nicht über einen Anteil verfügt, der aus einem luftdurchlässigen Material besteht. Zudem ist die Anlagefläche 4 nicht Teil des Formkissens 2. Stattdessen ist sie Teil einer zweiten Hülle 34, die in 8 unterhalb des Formkissens 2 angeordnet ist. Sie besteht aus einem flexiblen Material und kann somit der Form des Formkissens 2 folgen, wenn sich das Granulat 16 innerhalb des Formkissens 2 um ein zu handhabendes Objekt herum anordnet. Durch den ersten Anschluss 26 kann das Formkissen 2 noch immer mit Unterdruck beaufschlagt werden. Dabei verfestigt sich das Granulat 16 innerhalb des Formkissens 2. Da das Formkissen 2 jedoch nicht über einen luftdurchlässigen Anteil verfügt, der an einem Handhabungsobjekt angeordnet werden kann, ist auf diese Weise keine Saugkraft auf das Objekt aufzubringen. Dafür sind in der zweiten Hülle 34 Kanäle 36 vorgesehen, die mit einem zweiten Anschluss 38 verbunden sind. Die Kanäle 36 weisen in 8 nach unten weisende Öffnungen 40 auf, durch die eine Saug- beziehungsweise Blaskraft auf ein darunter angeordnetes Objekt ausgeübt werden kann, wenn an dem zweiten Anschluss 38 eine Unterdruck- beziehungsweise Überdruckquelle angeordnet wird.
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9 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung 1. Das Formkissen 2 weist eine Außenseite auf, die aus einem luftundurchlässigen Material besteht. Wie in den bereits gezeigten Ausführungsformen ist das Formkissen 2 mit Granulat 16 gefüllt, das beim Absaugen von Luft durch den ersten Anschluss 26 verfestigt wird und so der Form eines Handhabungsobjektes folgt. Der zweite Anschluss 38 ist nun parallel zum ersten Anschluss 26 angeordnet und führt zu einer Absaugkammer 42, die mit den Kanälen 36 verbunden ist. Die Kanäle 36 verfügen über jeweils eine Öffnung 40, die in der Anlagefläche 4 des Formkissens 2 angeordnet sind. Auf diese Weise wird an diesen Stellen eine Saugbeziehungsweise Blaskraft auf ein Handhabungsobjekt aufgebracht, sofern am zweiten Anschluss 38 eine Unterdruck- beziehungsweise Überdruckquelle angeordnet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Formkissen
- 4
- Anlagefläche
- 6
- Roboterarm
- 8
- Form
- 10
- Biegeschlaffes Objekt
- 12
- Pfeil
- 14
- Bewegungspfeil
- 16
- Granulat
- 18
- Induktionsspule
- 20
- Undurchlässiger Anteil
- 22
- Schnellverschluss
- 24
- Trägerobjekt
- 26
- Erster Anschluss
- 28
- Gitter
- 30
- Seitliche Begrenzung
- 32
- Heizdraht
- 34
- Zweite Hülle
- 36
- Kanal
- 38
- Zweiter Anschluss
- 40
- Öffnung
- 42
- Absaugkammer
