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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zuführvorrichtung zum Zuführen einer Faserverstärkung zu einer Auflegeeinrichtung.
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Die Verwendung von Faserverstärkungen in Faserverbundwerkstoffen ist bereits seit langem bekannt. In allen Gebieten des Leichtbaus, insbesondere bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, finden derartige Werkstoffe Anwendung. Sie zeichnen sich durch ein relativ geringes Gewicht bei hoher Festigkeit aus. Ein Vorteil derartiger Faserverbundwerkstoffe kann darin bestehen, dass durch ein gezieltes Legen der Fasern in einem Werkstück eine Festigkeit des Werkstücks gerade in Kraftflussrichtungen durch das Werkstück erhöht werden kann.
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Eine ständige Herausforderung bei der Fertigung derartiger Faserverbundwerkstoffe ist das Verzieren oder Ablegen der Faserverstärkung bzw. so genannter Rovinge in gewünschten Mustern auf einem Trägersubstrat oder dem zu fertigenden Werkstück. Ein hier relativ weit verbreitetes Verfahren ist das so genannte ”Tailored Fiber Placement (TFP)”. Hierbei wird die Faserverstärkung in einem gewünschten Muster auf einem Trägersubstrat abgelegt und mittels eines an sich aus der Textilindustrie bekannten Stickverfahrens angebracht oder angeheftet.
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Des Weiteren zeigt die Druckschrift
DE 10 2010 015 199 A1 ein Verfahren zum Aufbau eines dreidimensionalen Vorformlings für ein Bauteil aus einem Faserverbundwerkstoff mit dem Bereitstellen eines Werkzeugträgers entsprechend der dreidimensionalen Gestalt des Vorformlings und dem Ablegen einer Faserschar aus trockenen Fasern auf dem Werkstückträger, wobei die Fasern optional abschnittsweise zwischenfixiert werden
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Des Weiteren zeigt die Druckschrift
DE 10 2009 030 880 A1 eine Fadenbehandlungsvorrichtung für eine Schmelzspinnanlage zur thermomechanischen Behandlung kontinuierlich zulaufender Fäden mit mehreren Fadenbehandlungsaggregaten. Es ist ein Fadenanleger vorgesehen, der entlang einer abwechselnd links- oder rechtsseitig gekrümmten Bewegungsbahn von einem Übernahmepunkt zu einem Abgabepunkt verfährt und dabei den Faden zum Anlegen an die den führt.
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Für das Aufsticken der Faserverstärkung auf das Trägersubstrat bieten aus der Textilindustrie bekannte Stickmaschinen an und für sich eine mögliche verwendbare Technik. In derartigen Stickmaschinen ist ein rotierbarer Stickkopf vorgesehen, der in beliebigen Drehrichtungen bspw. einen Schmuckfaden auf einen Textilgrundstoff aufstickt. Ersetzt man einen derartigen Schmuckfaden bspw. durch die aufzutragende Faserverstärkung, kann grundsätzlich mit derartigen Stickköpfen gearbeitet werden. Eine Vorratsrolle für einen derartigen Stickkopf findet sich dabei direkt am Stickkopf selbst und wird mit diesem rotiert. Spult man statt eines Schmuckfadens eine aufzutragende Faserverstärkung in einem derartigen Stickkopf auf, muss eine Spule, von der die Faserverstärkung abgewickelt wird, im Betrieb jedoch sehr oft ausgewechselt werden. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Faserverstärkung insgesamt einen deutlich größeren Durchmesser als ein aufzubringender Schmuckfaden im Bereich der Textilfertigung aufweist und daher die auf einer entsprechenden Spule aufzuwickelnde Fadenlänge bzw. Faserverstärkungslänge deutlich geringer ist.
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Soll lediglich eine Faserverstärkung in einer bestimmten Richtung aufgetragen werden, bspw. bei sehr großen Hüllensegmenten eines Luftfahrzeugs, kann aufgrund der nicht notwendigen Drehbarkeit des Legekopfs unter Umständen zur Kompensation dieses Nachteils auf eine Vielzahl von Abwickelspulen zurückgegriffen werden, wie dies bspw. die Druckschrift
WO 2009/052263 A1 zeigt.
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Auch eine direkte Anbringung einer Mehrzahl von Spulen direkt an einem Legekopf wurde bereits bspw. in der Druckschrift
DE 603 05 544 T2 vorgeschlagen.
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Derartige Lösungen haben jedoch häufig den Nachteil, dass die Spulen, auf die die Faserverstärkung aufgewickelt ist, relativ häufig gewechselt werden müssen. Dabei müssen die Faserverstärkungen von relativ großen Spulen auf kleinere Spulen umgespult werden, die an einem Legekopf verwendet werden können. Dieses Umspulen erfordert jedoch einen deutlichen Zeit- und Kostenaufwand, der mit dem Herstellungsprozess verbunden ist. Jeder Umspulvorgang verbraucht ein gewisses Maß an Arbeitszeit und erzeugt damit verbundene Kosten.
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Das Verwenden von großen Abwickelspulen mit hohen Massen und großen Durchmessern für die Faserverstärkungen macht es erforderlich, die Abwickelspulen separat von einem drehbaren Legekopf anzuordnen. Aufgrund der großen Massen derartiger Abwickelspulen können diese nicht mehr zusammen mit dem Legekopf bewegt bzw. gedreht werden. Eine derartige Zuführung macht den Legekopf jedoch unbewegbar oder nur noch in sehr kleinem Maß drehbar. Dies führt dazu, dass kompliziertere Geometrien bzw. Muster mit den Faserverstärkungen nicht mehr abgelegt werden können. Dies ist jedoch insbesondere für den Einsatz eines TFP-Verfahrens unerlässlich.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zuführvorrichtung, einen Legekopf und eine Vorrichtung zum Auflegen und Fixieren einer Faserverstärkung sowie ein Verfahren zum Zuführen einer Faserverstärkung anzugeben, das die voranstehend beschriebenen Nachteile beseitigt und insbesondere die Durchführung eines TFP-Verfahrens ohne ständige, parallel durchzuführende Umspulvorgänge zu ermöglichen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird daher vorgeschlagen, die eingangs genannte Zuführvorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Zuführvorrichtung des Weiteren eine Zuführungskette aufweist, die eine Mehrzahl von miteinander gekoppelten Führungselementen zum Führen der Faserverstärkung aufweist, und eine Mitnahmeeinrichtung aufweist, und wobei die Zuführungskette schwenkbar an der Mitnahmeeinrichtung angelenkt ist, wobei die Mitnahmeeinrichtung ringförmig ausgebildet ist und an ihrem Außenumfang eine Mehrzahl von Ausnehmungen zur Mitnahme jeweils eines Führungselements aufweist, wobei die Mitnahmeeinrichtung eine Übergabeanordnung aufweist, um die Faserverstärkung zu der Auflegeeinrichtung zu übergeben, und wobei die Zuführungskette an der Übergabeanordnung an die Mitnahmeeinrichtung angelenkt ist.
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Auf diese Weise wird es möglich, eine entfernt von der Auflegeeinrichtung angeordnete, stationäre Abwickelspule zu verwenden. Die von der Abwickelspule abgewickelte Faserverstärkung wird durch die Zuführungskette zu der Mitnahmeeinrichtung geführt. Von der Mitnahmeeinrichtung wird die Faserverstärkung dann zu der Ablegeeinrichtung geführt. Auf diese Weise ist es möglich, bspw. die Mitnahmeeinrichtung drehfest mit dem Legekopf zu verbinden, wie im Folgenden noch beschrieben wird. Die Mitnahmeeinrichtung ist dann dazu in der Lage, die Zuführungskette bei Veränderung einer Drehposition mitzunehmen, was durch die miteinander gekoppelten Führungselemente ermöglicht wird. Durch die Führung der Faserverstärkung innerhalb der Zuführungskette bzw. der miteinander gekoppelten Führungselemente der Zuführungskette ist es auf diese Weise möglich, unabhängig von einer Drehposition der Auflegeeinrichtung die Faserverstärkung spannungsfrei bis an den Auflegepunkt an einem Trägersubstrat ausgehend von der Abwickelspule zuzuführen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Legekopf zum Auflegen einer Faserverstärkung auf ein Trägersubstrat vorgeschlagen, die eine Auflegeeinrichtung zum Auflegen und Fixieren der Faserverstärkung, insbesondere durch Aufsticken oder ein Tailored-Fiber-Placement(TFP)-Verfahren, und eine Zuführvorrichtung zum Zuführen der Faserverstärkung zu der Auflegeeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen aufweist.
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Ein solcher Legekopf weist demgemäß dieselben Vorteile wie auch die Zuführvorrichtung auf. Es wird möglich, dass der Legekopf gedreht werden kann, um beliebige Geometrien bzw. Muster auf dem Trägersubstrat abzulegen. Dabei wird die Faserverstärkung weder verspannt noch dadurch in ihren Dimensionen verändert. Auf diese Weise wird es möglich, mittels des Legekopfs trotz einer stationär angeordneten Abwickelspule kompliziertere Geometrien bzw. Muster abzulegen, die eine Vielzahl von Schwenkbewegungen erfordern.
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Die eingangs gestellte Aufgabe wird daher vollkommen gelöst.
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Auf diese Weise wird unterstützt, dass die Mitnahmeeinrichtung in beide Drehrichtungen um 360° gedreht werden kann und dabei in jeder Position dazu in der Lage ist, die Zuführungskette zu stützen und mitzunehmen. Durch die Mehrzahl von Ausnehmungen wird dabei während der Drehung der Mitnahmeeinrichtung eine sichere Mitnahme der Führungselemente unterstützt.
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Mittels einer Übergabeanordnung kann eine bestimmte geometrische Ausgestaltung der Mitnahmeeinrichtung bereitgestellt werden, die ein möglichst spannungsfreien und kantenfreien Führungsverlauf der Faserverstärkung von der Zuführungskette über die Mitnahmeeinrichtung an einen Legekopf ermöglicht.
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Auf diese Weise kann im Wesentlichen eine direkte Übergabe von der Zuführungskette an den Legekopf ohne größere Führungsstrecke durch die Mitnahmeeinrichtung bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird ein besonders großer Drehradius der Mitnahmeeinrichtung ermöglicht.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Auflegen und Fixieren einer Faserverstärkung auf einem Trägersubstrat vorgeschlagen, die einen Legekopf, insbesondere einen Legekopf gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung oder einer seiner Ausgestaltungen, und eine Speichereinrichtung zur Aufnahme einer Abwickelspule aufweist, von der die Faserverstärkung abgenommen wird, wobei die Speichereinrichtung entfernt von dem Legekopf angeordnet ist.
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Die Vorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann dabei die von dem Legekopf gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung und von der Zuführvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellten Vorteile umsetzen, dass stationäre, großdimensionierte Abwickelspulen zusammen mit einem drehbaren Legekopf zum Ablegen komplizierterer Geometrien und Muster auf einem Trägersubstrat verwendet werden können. Hierdurch wird die Notwendigkeit eines Umspulens und somit die Rüstzeit der gesamten Vorrichtung deutlich verbessert, was einen kosteneffizienteren Einsatz möglich macht.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Zuführen einer Faserverstärkung zu einem Legekopf vorgeschlagen, das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Legekopfs gemäß dem zweiten Aspekt oder einer seiner Ausgestaltungen und einer antreibbaren Abwickelspule, von der die Faserverstärkung zu dem Legekopf geführt wird, wobei die Abwickelspule entfernt und oberhalb des Legekopfs angeordnet ist, Zuführen der Faserverstärkung zu dem Legekopf, wobei die Faserverstärkung bogenförmig durchhängend zu dem Legekopf zugeführt wird, Erfassen einer Ist-Position oder einer Ist-Durchhängung der Faserverstärkung mittels eines Sensors, insbesondere mittels eines Lichtschrankenarrays, Regeln der Drehposition der Abwickelspule derart, dass die Faserverstärkung eine Soll-Position oder Soll-Durchhängung einnimmt.
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Auf diese Weise kann der weitere Vorteil bereitgestellt werden, dass die Faserverstärkung nahezu vollkommen spannungsfrei an den Ablegeort geliefert werden kann. Durch das aktive Regeln der Drehposition der Abwickelspule ist kein Kraftaufwand zum Abziehen der Faserverstärkung notwendig. Eventuelle Änderungen der Formgebung der Faserverstärkung durch das Abziehen werden somit vermieden. Durch die Erfassung einer Ist-Position bzw. einer Ist-Durchhängung der Faserverstärkung bei der Zulieferung zu dem Legekopf kann die Notwendigkeit einer Nachregelung der Drehposition der Abwickelspule frühzeitig erfasst werden, bevor eine zu hohe Spannung in der Faserverstärkung auftritt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Zuführungskette an der Mitnahmeeinrichtung um mehr als 80°, insbesondere um mehr als 150°, insbesondere in jeder Richtung um 180° schwenkbar angelenkt ist.
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Auf diese Weise kann ein besonders glattes Anliegen der Zuführungskette an der Mitnahmeeinrichtung ermöglicht und eine reproduzierbare Führung der Faserverstärkung bereitgestellt werden. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, eine Drehung der Mitnahmeeinrichtung aus einer neutralen Stellung heraus in beide Richtungen zu ermöglichen. Auf diese Weise wird unterstützt, dass die Mitnahmeeinrichtung in einem Legekopf um 360° in jede Raumrichtung, das heißt insgesamt in einem Drehbereich von 720°, arbeiten kann.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Führungselemente untereinander jeweils mittels eines Koppelelements gekoppelt sind.
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In der Regel ist es nicht notwendig, dass die Faserverstärkung innerhalb der Zuführungskette ständig geführt ist. In der Regel reicht es aus, die Faserverstärkung in bestimmten Abständen durch die Führungselemente zur Führungskette zu führen. Dazwischen können die Führungselemente mittels der Koppelelemente verbunden werden. Auf diese Weise kann eine Masse und damit eine Flexibilität der Zuführungskette verbessert werden. Dies ermöglicht den Einsatz der Zuführungskette an Mitnahmeeinrichtungen bzw. Legeköpfen mit relativ geringem Durchmesser.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Mitnahmeeinrichtung an ihrem Außenumfang zwischen jeweils zwei Ausnehmungen mindestens einen Vorsprung aufweist, der dazu ausgebildet ist, in eines des mindestens einen Koppelelements einzugreifen.
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Auf diese Weise können auch die Koppelelemente zur Mitnahme der Zuführungskette eingesetzt werden. Dies ermöglicht einen sicheren Sitz zur Führungskette auf der Mitnahmeeinrichtung und verteilt die während einer Drehung der Mitnahmeeinrichtung auf die Zuführungskette wirkenden Kräfte gleichmäßig. Dies ermöglicht ruckfreie und gleichmäßige Kraftübertragungen von der Mitnahmeeinrichtung auf die Zuführungskette.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes der Führungselemente einen Obersteg, einen Untersteg und zwei Säulenelemente aufweist, die jeweils drehbar in dem Obersteg und dem Untersteg gelagert sind.
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Auf diese Weise werden seitliche Begrenzungen innerhalb der Führungselemente bereitgestellt, die freilaufend zwischen dem Obersteg und dem Untersteg drehbar sind. Auf diese Weise können Reibkräfte zwischen der Faserverstärkung und den Führungselementen im Wesentlichen vermieden werden. Ein Abrieb einer Faserverstärkung oder ein Durchreißen einer oder mehrerer Fasern der Faserverstärkung kann auf diese Weise vermieden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes der Führungselemente eine Hülse zum Führen der Faserverstärkung aufweist.
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Je nach Art der verwendeten Faserverstärkung kann es vorkommen, dass sich eine oder mehrere Fasern zwischen entweder dem Obersteg oder dem Untersteg und einer der zwei Säulenelemente verklemmen. Dabei kann es angezeigt sein, die Faserverstärkung innerhalb eines Führungselements durch eine Hülse zu führen, um dieses zu vermeiden.
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Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Hülse einen trichterförmigen Einlauf und einen trichterförmigen Auslauf aufweist.
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Auf diese Weise werden Knickungen der Faserverstärkung bzw. Umlenkungen mit großen Winkeln vermieden, die wiederum zu Reibung und Beschädigungen der Faserverstärkung führen können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass jedes der Führungselemente zwei Bügelelemente zum Führen der Faserverstärkung aufweist.
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Auf diese Weise kann ein Verklemmen der Faserverstärkung auf konstruktiv einfache Weise vermieden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Zuführvorrichtung kann vorgesehen sein, dass eine Länge des Außenumfangs der Mitnahmeeinrichtung etwa 0,4 m beträgt.
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Auf diese Weise kann ein genügend großer Durchmesser bereitgestellt werden und zu geringe Knickwinkel bzw. Radien bei der Führung der Faserverstärkung vermieden werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Übergabeanordnung zwei V-förmig angeordnete Säulenelemente aufweist, die jeweils drehbar in der Mitnahmeeinrichtung gelagert sind.
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Auf diese Weise kann durch die Drehbarkeit der Säulenelemente wiederum eine Beschädigung der Faserverstärkung durch Reibung vermieden werden. Die V-Form der Anordnung der Säulenelemente ermöglicht darüber hinaus ein Umlenken der Faserverstärkung von der Mitnahmeeinrichtung in Richtung der Legeeinrichtung bzw. des Trägersubstrats.
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In einer Ausgestaltung des Legekopfs kann vorgesehen sein, dass die Auflegeeinrichtung drehbar um eine Hochachse ist, und dass die Mitnahmeeinrichtung drehfest mit dem Legekopf gekoppelt ist.
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Auf diese Weise kann die Zuführvorrichtung besonders gut mit der Auflegeeinrichtung in den Legekopf gekoppelt werden. Eine rotatorische Bewegung der Auflegeeinrichtung bewirkt dann ebenfalls eine rotatorische Bewegung der Mitnahmeeinrichtung. Zwischen der Auflegeeinrichtung und der Mitnahmeeinrichtung erfolgt keine Relativbewegung. Gleichzeitig wird während der Rotation die Zuführkette von der Mitnahmeeinrichtung mitgenommen und auf der Mitnahmeeinrichtung aufgewickelt. Auf diese Weise kann in jeder Winkelstellung der Auflegeeinrichtung des Legekopfs eine sichere Zuführung der Faserverstärkung zu der Auflegeeinrichtung erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Legekopf des Weiteren einen relativ zu der Auflegeeinrichtung bewegbaren Schlitten aufweist, in dem die Zuführungskette geführt ist, und wobei der Schlitten in einer Kettenauflage geführt ist.
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Die Zuführungskette muss eine gewisse Länge aufweisen, damit sie während einer Rotation der Mitnahmeeinrichtung auf diese aufgewickelt werden kann. Gleichzeitig muss sichergestellt sein, dass die Zuführungskette mit ihrem von der Mitnahmeeinrichtung abgewandten Ende sicher geführt und gestützt ist, damit sie nicht durchhängt oder Ähnliches, wodurch unerwünschte Spannungen in der Faserverstärkung auftreten könnten. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein relativ zu der Auflegeeinrichtung bewegbarer Schlitten vorgesehen ist, in dem die Zuführungskette geführt ist. Insbesondere ist ein Führungselement der Zuführungskette fest mit dem Schlitten verbunden. Wird nun durch Drehung der Auflegeeinrichtung zusammen mit der Mitnahmeeinrichtung die Zuführungskette auf der Mitnahmeeinrichtung aufgewickelt, kann der Schlitten aus der Kettenauflage herausgezogen werden. Ein der Mitnahmeeinrichtung abgewandtes Ende der Zuführungskette kann somit sicher gestützt und geführt sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Länge der Zuführungskette derart bemessen ist, dass in jeder Drehstellung der Auflegeeinrichtung mindestens ein Führungselement der Zuführungskette in einer Kettenauflage angeordnet ist.
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Entsprechend kann alternativ vorgesehen sein, dass die Zuführungskette genügend lang bemessen ist, so dass auch bei einer Drehung um 360° der Mitnahmeeinrichtung in eine Richtung das letzte Führungselement der Zuführungskette, das heißt das am weitesten entfernt von der Mitnahmeeinrichtung angeordnete Führungselement der Zuführungskette, die Kettenauflage nicht verlässt.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Kettenauflage ein Federelement aufweist, das mit der Zuführungskette über dem Schlitten verbunden ist, und wobei das Federelement derart angeordnet ist, dass es in einer ausgelenkten Stellung die Zuführungskette oder den Schlitten weg von der Auflegeeinrichtung in Richtung der Kettenauflage spannt.
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Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Zuführungskette bei einer Rückdrehung der Mitnahmeeinrichtung von einer maximalen Drehstellung, bspw. um 360° gedreht in einer Raumrichtung, zurück in eine Neutralstellung ein ”Schieben” der Zuführungskette zurück in die Kettenauflage erfordert. Dies führt unter Umständen zu einem Verkanten der Führungselemente oder einer anderen Blockade der Zuführungskette. Daher kann diese Rückwärtsbewegung durch ein Federelement unterstützt werden. Befindet sich die Mitnahmeeinrichtung in einer Neutralstellung, ist das Federelement nicht gespannt. Dreht sich die Mitnahmeeinrichtung aus dieser Neutralstellung heraus, wird das Federelement gespannt. Bei einer Rückbewegung in die Neutralstellung unterstützt somit das Federelement ein Zurückziehen der Zuführungskette in die Kettenauflage. Entsprechendes gilt, wenn die Zuführungskette an einem bewegbaren Schlitten angeordnet ist. Dann kann die Rückbewegung des Schlittens in die Kettenauflage mittels des Federelements unterstützt werden.
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In einer Ausgestaltung des Legekopfs kann vorgesehen sein, dass die Kettenauflage einen trichterförmigen Einlauf aufweist.
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Auf diese Weise kann weiter ein Zurückführen der Zuführungskette in die Kettenauflage unterstützt werden, ohne dass dabei Führungselemente bspw. an einem Rand der Kettenauflage anschlagen. Unter einer ”Trichterform” wird dabei ein sich aufweitender bzw. verjüngender Querschnitt verstanden.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Legekopfs kann vorgesehen sein, dass die Auflegeeinrichtung aus einer Neutralstellung heraus um 360° in jeder Richtung um die Hochachse drehbar ist.
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Auf diese Weise werden die Vorteile der vorgeschlagenen Zuführvorrichtung in den Legekopf bestmöglich ausgenutzt. Durch eine Drehbarkeit in jede Raumrichtung um die Hochachse um 360° wird insgesamt ein Drehbereich von 720° bereitgestellt, so dass auch komplexere Muster bzw. Geometrien der Faserverstärkung auf einem Trägersubstrat abgelegt werden können.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung oberhalb des Legekopfs angeordnet ist.
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Der Begriff ”oberhalb” bezieht sich dabei auf die Einrichtung der Vorrichtung in einer Betriebsstellung. Dies gilt im Übrigen auch für den Begriff „Hochachse” sowie „unten”, „rechts”, „links” usw. Oberhalb bedeutet somit, dass in einer Betriebsposition der Vorrichtung die Speichereinrichtung in einer größeren Höhe als der Legekopf angeordnet ist. Auf diese Weise kann ein Abziehen bzw. Abwickeln der Faserverstärkung von einer Abwickelspule durch die Erdanziehungskraft unterstützt und gleichzeitig ein Durchhängen der Faserverstärkung als Regelgröße verwendet werden, wie im Folgenden erläutert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Legekopf drehbar um eine Hochachse ist, und dass ein das Trägersubstrat stützender Tisch translatorisch senkrecht zu der Hochachse bewegbar ist.
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Auf diese Weise wird es möglich, Drehungen in einem zu legenden Muster mittels einer Drehbewegung des Legekopfs umzusetzen und translatorische Bewegungen durch ein Bewegen des Tischs relativ zu dem Legekopf umzusetzen. Ein translatorisches Bewegen des Legekopfs selbst ist damit vermieden.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Speichereinrichtung einen Abwickelmotor aufweist, wobei der Abwickelmotor dazu geeignet ist, die Abwickelspule in beide Drehrichtungen zu drehen.
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Auf diese Weise wird eine aktive Regelung einer Drehstellung der Abwickelspule mittels des Abwickelmotors möglich. Insbesondere wird es auf diese Weise möglich, die Abwickelspule auch entgegen einer Abzugsrichtung der Faserverstärkung von der Abwickelspule zu bewegen. Auf diese Weise kann auch vermieden werden, dass die Faserverstärkung auf dem Transportweg hin zu dem Legekopf bspw. zu weit durchhängt, so dass sie eventuell mit anderen Einrichtungen der Vorrichtung kollidieren könnte.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren einen Sensor, insbesondere einen Lichtschranken-Array aufweist, wobei der Sensor dazu ausgebildet ist, eine Position der Faserverstärkung zwischen der Speichereinrichtung und dem Legekopf zu erfassen.
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Ein solcher Sensor kann somit auf optische Weise und berührungsfrei eine Lage bzw. Position der Faserverstärkung auf dem Transportweg von der Abwickelspule hin zu dem Legekopf erfassen. Insbesondere kann ein Lichtschranken-Array vorgesehen sein, das sich zumindest eindimensional in einer Richtung erstreckt, insbesondere quer zu einem Verlauf der Faserverstärkung. Die Faserverstärkung unterbricht dabei abhängig von ihrer Position jeweils eine Lichtschranke des Arrays, so dass eine Position bzw. Spannung innerhalb der Faserverstärkung auf diese Weise erfasst werden kann. Hängt die Faserverstärkung stark durch, liegt eine geringe Spannung vor, hängt die Faserverstärkung wenig durch, ist dies ein Indiz dafür, dass sich die Spannung innerhalb der Faserverstärkung erhöht. Durch Erfassen dieser Größe ist man dazu in der Lage, durch aktives Regeln der Drehposition der Abwickelspule eine Spannung innerhalb der Faserverstärkung gering zu halten bzw. nahezu vollständig zu vermeiden.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sensor als lineares Array ausgebildet ist, das quer zu der zuzuführenden Faserverstärkung angeordnet ist.
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Auf diese Weise kann ein besonders einfach konzipierter Sensor verwendet werden, der trotz einer geringen Menge zu verarbeitender Daten eine gewünschte Ist-Größe zur Regelung der Abwickelspule bereitstellen kann.
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Entsprechend kann in einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Regelungseinrichtung aufweist, die eine Drehstellung einer auf der Speichereinrichtung angeordneten Abwickelspule aktiv regelt. Auf der Abwickelspule ist die Faserverstärkung aufgewickelt, die zu dem Legekopf zuzuführen ist.
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Wie bereits voranstehend geschildert, kann auf diese Weise ein spannungsfreies Zuführen der Faserverstärkung zu dem Legekopf ermöglicht werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung des Weiteren eine Abzieheinrichtung, durch die die Faserverstärkung führbar ist, und einen Abziehmotor aufweist, der dazu geeignet ist, die Abzieheinrichtung derart anzutreiben, dass die Faserverstärkung durch die Abzieheinrichtung gefördert wird.
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Insbesondere kann die Abzieheinrichtung als ein Paar von Walzen ausgebildet sein, durch die die Faserverstärkung läuft. Auf diese Weise kann ermöglicht werden, die Faserverstärkung mit aktiv geregelter Kraft von der Abwickelspule abzuziehen. Insbesondere bei vorimprägnierten Faserverstärkungen kann es sein, dass die Faserverstärkung durch Klebekräfte auf der Abwickelspule an darunter liegenden Lagen von Faserverstärkung anhaftet. Dies kann zu Problemen beim Aufwickeln der Faserverstärkung führen. Durch eine Abzieheinrichtung, die von der Regelungseinrichtung geregelt die Faserverstärkung aktiv fördert, können solche Probleme vermieden werden. Insbesondere ist die Abzieheinrichtung nahe an der Abwickelspule anzuordnen, so dass nur auf einer sehr geringen Wegstrecke aktiv auf die Faserverstärkung Zugkräfte aufgewendet werden müssen, so dass nur eine geringe oder keine Beeinflussung der Faserverstärkung und ihrer Formgebung erfolgt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Soll-Position oder die Soll-Durchhängung ein Bereich ist.
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Es ist nicht zwingend notwendig, eine bestimmte Position oder Durchhängung als Optimalbereich vorzugeben. In der Regel sind gewisse Toleranzen für die Spannung in der Faserverstärkung möglich. Somit kann ein gewisser Bereich vorgesehen sein, in dem die Faserverstärkung durch den Sensor laufen soll.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass des Weiteren eine antreibbare Abzieheinrichtung bereitgestellt ist, durch die die Faserverstärkung befördert wird, und wobei die Abzieheinrichtung derart geregelt wird, dass sie abhängig von der Regelung der Drehposition der Abwickelspule eine Förderung der Faserverstärkung bewirkt.
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Wie bereits voranstehend geschildert wurde, ermöglicht dies, auch klebende bzw. aneinander anhaftende Faserverstärkung gleichmäßig von der Abwickelspule abzunehmen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform einer Zuführvorrichtung,
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2 eine isometrische Darstellung der Zuführungsvorrichtung in 1 in einer Neutralstellung,
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3 eine Draufsicht auf die Zuführvorrichtung in 1,
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4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Zuführvorrichtung,
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4a eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Zuführvorrichtung,
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5 eine Seitenansicht noch einer weiteren Ausführungsform einer Zuführvorrichtung,
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6 eine Detailansicht einer Übergabeanordnung einer Zuführvorrichtung,
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7 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform eines Legekopfs,
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8A eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform des Legekopfs,
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8B eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines Legekopfs,
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9 eine isometrische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung,
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10 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung in 9,
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11 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, und
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12 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer Zuführvorrichtung 10. Die Zuführvorrichtung 10 befindet sich dabei in einer um mehrere Grad eingedrehten Rotationsstellung, wie im Folgenden noch erläutert werden wird. In der in 1 dargestellten Ansicht ist die Zuführvorrichtung etwa um 180° eingedreht.
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Die Zuführvorrichtung 10 weist eine Zuführungskette 12 auf. Die Zuführungskette 12 wiederum weist eine Mehrzahl von Führungselementen 14 auf. Des Weiteren weist die Zuführvorrichtung 10 eine Mitnahmeeinrichtung 16 auf.
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Die Zuführungskette 12 kann neben den Führungselementen 14 Koppelelemente 18 aufweisen. Es kann somit vorgesehen sein, dass die Führungselemente 14 direkt miteinander gekoppelt sind, um die Zuführungskette 10 auszubilden, Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Führungselemente 14 jeweils miteinander mittels mindestens eines Koppelelements 18 miteinander gekoppelt sind. In der dargestellten Ausführungsform sind jeweils vier Koppelelemente 18 zum Koppeln zweier Führungselemente 14 miteinander vorgesehen.
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Jedes der Führungselemente 14 ist in der dargestellten Ausführungsform aus einem Obersteg 20, einem Untersteg 22 und einem ersten Säulenelement 24 und einem zweiten Säulenelement 26 ausgebildet. Wie im Weiteren noch erläutert wird, können die Führungselemente 14 darüber hinaus noch weitere Elemente aufweisen. Das erste Säulenelement 24 und das zweite Säulenelement 26 sind drehbar in dem Obersteg 20 und dem Untersteg 22 angeordnet. Durch die frei drehbare Lagerung der Säulenelemente 24, 26 in dem Obersteg 20 und dem Untersteg 22 werden Reibkräfte an den Säulenelementen 24, 26 bei der Zuführung weit gehend vermieden.
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Die Oberstege 20 sind mittels der Koppelelemente 18 miteinander gekoppelt. Dadurch bilden der Obersteg 20, der Untersteg 22 sowie die Säulenelemente 24, 26 quasi ein Tor aus, durch das die Faserverstärkung geführt werden kann.
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Die Mitnahmeeinrichtung 16 weist eine Vielzahl von Ausnehmungen 28 auf. Jede der Ausnehmungen 28 ist derart ausgestaltet, dass sie zur Mitnahme eines der Führungselemente 14 geeignet sind. Folglich sind die Formgebungen der Ausnehmungen 28 und der Mitnahmeelemente 14 komplementär zueinander ausgestaltet. Des Weiteren sind an der Mitnahmeeinrichtung 16 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 30 ausgebildet, die mit den Koppelelementen 18 ineinandergreifen können. Insbesondere sind die Vorsprünge 30 nach Art eines Zahnrads und die Koppelelemente 18 nach Art einer Kette, bspw. einer Fahrradkette, ausgebildet, so dass ein Ineinandergreifen problemlos möglich ist. Auf diese Weise kann die Mitnahmeeinrichtung 16 vollumfänglich mit der Zuführungskette 12 ineinandergreifen und diese mitnehmen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Mitnahmeeinrichtung 16 ringförmig ausgebildet. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein. Wenn nicht vorgesehen ist, dass die Mitnahmeeinrichtung 16 aus einer Neutralstellung, die im Folgenden noch erläutert wird, um jeweils 360° in beide Raumrichtungen gedreht werden soll, kann auch eine andere Form als eine Ringform gewählt sein. Bspw. kann dann die Mitnahmeeinrichtung 16 lediglich halbkreisförmig ausgebildet sein. Selbstverständlich sind auch ovale Formen oder Ähnliches denkbar.
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Die Mitnahmeeinrichtung 16 weist eine Übergabeanordnung 32 auf. An der Übergabeanordnung 32 wird die zuzuführende Faserverstärkung von der Zuführungskette 12 an die Mitnahmeeinrichtung übergeben und durch die Mitnahmeeinrichtung zu einem im Folgenden noch zu erläuternden Auflegeeinrichtung geleitet. Vorzugsweise in der Nähe dieser Übergabeanordnung 32 ist ein Anlenkpunkt 34 ausgebildet. An dem Anlenkpunkt 34 ist ein Anlenkelement 36 an die Mitnahmeeinrichtung 16 schwenkbar angelenkt und verbindet den Anlenkpunkt 34 mit der Zuführungskette 12. Dieses schwenkbare Anlenken hat den Vorteil, dass aus der im Folgenden erläuterten Neutralstellung eine Drehung der Mitnahmeeinrichtung 16 in beide Drehrichtungen möglich ist. Dies vergrößert den Drehstellungsbereich, der mittels der gesamten Zuführvorrichtung 10 ermöglicht wird. Selbstverständlich kann auch eines der Führungselemente 14 derart ausgebildet sein, dass es direkt an der Mitnahmeeinrichtung 16 angelenkt ist. In diesem Fall ist kein separates Anlenkelement 16 vorzusehen.
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2 zeigt die Zuführvorrichtung 10 der 1 in einer Neutralstellung. In der Darstellung in 2 ist die Zuführungskette 12 noch in leichten Schlangenlinien dargestellt. In der Regel wird die Zuführungskette 12 in der Neutralstellung einen geraden Verlauf einnehmen. Erkennbar ist jedoch, dass in der Neutralstellung die Zuführungskette 12 nicht auf der Mitnahmeeinrichtung 16 mitgenommen ist bzw. mit dieser in Eingriff befindlich ist. Das Anlenkelement 36 steht in einer Neutralstellung von dem Anlenkpunkt 34 weg von der Mitnahmeeinrichtung 16 ab. Die Mitnahmeeinrichtung 16 kann somit um eine Hochachse (Z-Achse) 38 gedreht werden. Aus der Neutralstellung heraus kann die Drehung der Mitnahmeeinrichtung 16 in beide Raumrichtungen um die Hochachse 38 erfolgen. Das Anlenkelement 36 legt sich dann zunächst an die Mitnahmeeinrichtung 16 an. Dann wird das erste Führungselement 14 in einer der Ausnehmungen 28 auf- und mitgenommen. Dann legen sich die Koppelelemente 18 und schließlich ein weiteres Führungselement 14 und so weiter in die Ausnehmungen 28 bzw. greift mit den Vorsprüngen 30 ineinander. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Mitnahmeeinrichtung 16 in beide Raumrichtungen um die Hochachse 38 um 360° rotiert werden kann, wobei jeder Drehstellung eine spannungsfreie Zuführung einer Faserverstärkung durch die Zuführungskette und die Übergabeanordnung 32 zu einer Auflegeeinrichtung ermöglicht ist.
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Senkrecht zu der Hochachse 38 erstrecken sich eine Y-Achse 40 und eine X-Achse 42. Die Y-Achse 40 und die X-Achse 42 spannen eine in einer Betriebsposition Horizontalebene auf. Wie zu erkennen ist, sind die Führungselemente 14 und die Koppelelemente 18 derart ausgestaltet, dass in der Horizontalebene, die durch die X-Achse 42 und die Y-Achse 40 aufgespannt ist, eine entsprechende Flexibilität der Zuführungskette 12 gegeben ist, so dass diese sich um die Mitnahmeeinrichtung 16 legen kann. Besonders ist die Zuführungseinrichtung 12 des Weiteren derart ausgestaltet, dass sie senkrecht zu der durch die X-Achse 42 und die Y-Achse 40 aufgespannte Horizontalebene biegesteif ist. Die Zuführungskette 12 kann somit nicht durchhängen oder Ähnliches.
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3 zeigt die Ausführungsform in der 1 in einer Draufsicht. Dargestellt ist ein Außenumfang 44, der anhand des Kopfkreises der Vorsprünge 30 ermittelt ist. Vorzugsweise beträgt der Außenumfang 44 bspw. 0,4 m. Es hat sich in der Praxis gezeigt, dass bei einem solchen Durchmesser ein genügend großer Radius für die Zuführungskette 12 auf der Mitnahmeeinrichtung 16 bereitgestellt ist, so dass eine sichere Zuführung einer Faserverstärkung 72 bereitgestellt werden kann. Dargestellt sind in der 3 auch verschiedene Winkel 56, 56'. Um die Funktion der Zuführvorrichtung 10 bereitzustellen, sollte das Anlenkelement 36 zumindest um einen Winkel 56 von etwa 90° an der Mitnahmeeinrichtung 16 schwenkbar sein. Dann kann zumindest in eine Drehrichtung 68 ein Anlegen der Zuführungskette 12 an die Mitnahmeeinrichtung 16 bereitgestellt werden. Vorzugsweise ist jedoch das Anlenkelement 36 um etwa 180° schwenkbar, wie durch einen Winkel 56' dargestellt ist. Auf diese Weise kann aus der in 2 gezeigten Neutralstellung eine Drehung um 180° in beide Drehrichtungen 68 bereitgestellt werden.
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In der 4 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Zuführvorrichtung 10 gezeigt. Dargestellt ist eine Hülse 46, die in einem der Führungselemente 14 angeordnet ist. Durch die Hülse 56 kann die Faserverstärkung 42 geführt sein. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass sich die Faserverstärkung bspw. versehentlich zwischen einem der Säulenelemente 24, 26 und dem Ober- oder Untersteg 20, 22 verklemmt.
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In der 4a ist eine weitere mögliche Ausführungsform der Zuführvorrichtung 10 dargestellt. Anstatt einer Hülse 56 sind zwei Bügelelemente 54, 55 vorgesehen, um zu vermeiden, dass sich die Faserverstärkung versehentlich zwischen einem der Säulenelemente 24, 26 und dem Ober- oder Untersteg 20, 22 verklemmt. Eines der Bügelelemente 54, 55 ist dabei auf jeweil seiner Seite der Säulenelemente 24, 26 angeordnet. Die Bügelelemente 54, 55 sind jeweils an dem Obersteg angebracht. Die Bügelelemnte können bspw. aus einem Drahtmaterial gefertigt sein. Im Wesentlichen können die Bügelelemente 54, 55 die Form eines Kleiderbügels aufweisen. Durch eine Führung der Faserverstärkung durch die Bügelelemente 54, 55 wird ein Verklemmen der Faserverstärkung zwischen einem der Säulenelemente 24, 26 und dem Ober- oder Untersteg 20, 22 wirksam vermieden.
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In der 5 ist noch eine weitere mögliche Ausführungsform der Zuführvorrichtung 10 dargestellt. Dabei weist die Zuführvorrichtung 10 eine weitere Hülse 48 auf, die einen trichterförmigen Einlauf 49 und einen trichterförmigen Auslauf 50 aufweist. Unter ”trichterförmig” ist dabei jedwede sich verjüngende bzw. aufweitende Geometrie zu verstehen. Auf diese Weise wird ermöglicht, die Faserverstärkung im Wesentlichen reibungsfrei und ohne die Gefahr eines Verkantens oder Einklemmens durch die Führungselemente 14 zu führen.
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Die 6 zeigt eine Detailansicht einer Zuführvorrichtung 10, die die besondere Ausgestaltung der Übergabeanordnung 32 zeigt. die Übergabeanordnung 32 weist eine erste Säule 51 und eine zweite Säule 53 auf. Die erste Säule 51 und die zweite Säule 53 können drehbar in der Mitnahmeeinrichtung 16 angeordnet sein. Dies muss jedoch nicht zwingend der Fall sein. Jedoch ermöglicht eine drehbare Anordnung, ähnlich wie bei den Säulenelementen 24, 26 die Vermeidung von Reibung bei der Vorbeiführung der Faserverstärkung an den Säulen 51, 53. Des Weiteren sind die Säulen 51, 53 unter einem Neigungswinkel zu einer Horizontalen in der Betriebsposition in der Zuführvorrichtung 10 angeordnet. Auf diese Weise wird es möglich, die von der Zuführungskette 12 angeführte Faserverstärkung an der Übergabeanordnung 32 in eine Betriebsposition nach unten in Richtung der Auflegeeinrichtung 62 wegzuführen. Daher sind die erste Säule 51 und die zweite Säule 53 im Wesentlichen V-förmig angeordnet.
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7 zeigt eine symmetrische Darstellung einer Ausführungsform eines Legekopfs 60. Der Legekopf 60 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einer Zuführvorrichtung 10, wie in der 1 dargestellt, eingerichtet. Zusätzlich zu der Zuführvorrichtung 10 weist der Legekopf 60 eine Auflegeeinrichtung 62 auf, die wiederum mit einer Stickeinrichtung 64 versehen ist. Mittels der Stickeinrichtung 64 kann der mittels der Zuführvorrichtung 10 zugeführte Faden auf einem Trägersubstrat 66 aufgelegt und durch die Stickeinrichtung 64 fixiert werden. Die Ausbildung der Stickeinrichtung 64 und der Auflegeeinrichtung 62 ist dabei in an sich herkömmlicher Weise, wie bspw. von Textilmaschinen bekannt, ausgebildet und wird daher nicht näher erläutert.
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Bei dem Trägersubstrat 66 kann es sich um ein Vlies, einen Stoff oder ein anderes Bahnmaterial handeln, das dazu geeignet ist, die aufgestickte Faserverstärkung 72 zu tragen.
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Die 8A zeigt eine Draufsicht auf eine schematische Ausführungsform des Legekopfs 60. Wenn die Mitnahmeeinrichtung 16 des Legekopfs 60 gedreht wird und dabei die Zuführungskette 12 mitnimmt, muss die Zuführungskette 12 in der durch die X-Achse 42 und die Y-Achse 40 gebildete Ebene gestützt werden. Hierzu ist eine Kettenauflage 70 vorgesehen. Auf diese Weise kann eine Führung einer Faserverstärkung 72 bis zu der Mitnahmeeinrichtung 16 in der durch die X-Achse 42 und die Y-Achse 40 gebildete Ebene bereitgestellt sein. Dabei ist die Zuführungskette 12 derart bemessen, dass ein letztes Element 74 der Führungselemente 14 auch in einer maximalen Drehstellung der Mitnahmeeinrichtung 16, das heißt, wenn diese um 360° in eine Raumrichtung um die Z-Achse 38 rotiert ist, sich weiterhin in der Kettenauflage 70 befindet. In der in der 8 dargestellten Ansicht würde sich somit das letzte Element 74 auch bei maximaler Drehstellung der Mitnahmeeinrichtung 16 nicht weiter als die eingezeichnete maximale Bewegungslänge 76 bewegen und sich somit immer noch in der Kettenauflage 70 befinden.
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In der 8B ist eine alternative Ausgestaltung aufgezeigt. Auch diese Ausgestaltung weist eine Kettenauflage 70 auf. Die Kettenauflage 70 ist dabei mit einem trichterförmigen Einlauf 80 versehen. Auch die in der 8A dargestellte Ausführungsform kann mit einem trichterförmigen Einlauf 80 versehen sein.
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In der Kettenauflage 70 in der 8B ist ein Schlitten 78 gelagert. Der Schlitten 78 ist relativ zu der Kettenauflage 70 verschiebbar. Der Schlitten 78 ist insbesondere längs zu der Führungsrichtung der Faserverstärkung 72 in der Kettenauflage 70 verschiebbar. Es kann dann vorgesehen sein, dass wenn die Mitnahmeeinrichtung 16 eingedreht wird, der Schlitten 78 sich relativ zu der Kettenauflage 70 bewegt. Dazu kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Führungselemente 14 fest mit dem Schlitten 70 verbunden ist. Auf diese Weise kann eine Stützung der Zuführungskette 12 bereitgestellt werden.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein Federelement 82 vorgesehen ist, das den Schlitten 78 mit der Kettenauflage 70 verbindet. In einer Neutralstellung der Zuführvorrichtung 10 kann dabei vorgesehen sein, dass das Federelement 82 nicht gespannt ist. Bewegt sich nun die Mitnahmeeinrichtung 16 aus der Neutralstellung heraus, wird das Federelement 82 gespannt. Bei einer Rückkehr in die Neutralstellung unterstützt dann das Federelement 82 einen Einzug des Schlittens 78 in die Kettenauflage 70. Auch in der in der 8A dargestellten Ausführungsform kann grundsätzlich ein Federelement vorgesehen sein, das einen Rückzug der Zuführungskette 12 in die Kettenauflage 70 unterstützt. Bspw. kann dieses Federelement mit dem letzten Element 74 der Führungselemente 14 verbunden sein.
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9 zeigt eine Vorrichtung 90, die den voranstehend beschriebenen Legekopf 60 aufweist. Die Vorrichtung dient zum Zuführen und Fixieren der Faserverstärkung 72 auf dem Trägersubstrat 66. Die Vorrichtung 90 weist eine übliche Bedienkonsole 92 und eine Regelungseinrichtung 94 auf, die dazu dient, die einzelnen Komponenten der Vorrichtung 90 zu regeln.
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Innerhalb der durch die X-Achse 42 und der Y-Achse 40 aufgespannten Ebene 106 ist ein Tisch 96 vorgesehen, in dem das Trägersubstrat 66 aufgespannt ist. Der Tisch 96 ist translatorisch in der Ebene 106 relativ zu dem Legekopf 60 bewegbar. Der Legekopf 60 wiederum ist um die Hochachse 38 drehbar. Auf diese Weise können beliebige Muster der Faserverstärkung 72 durch Relativbewegung des Tischs 96 zu dem Legekopf 60 und Drehung des Legekopfs 60 auf dem Trägersubstrat 66 abgelegt und fixiert werden. Neben dem Legekopf 60 können noch weitere Legeköpfe 60 in der Vorrichtung 90 angeordnet sein. Auf diese Weise können mehrere identische Muster bzw. Geometrien parallel abgelegt und gefertigt werden.
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Des Weiteren ist eine Speichereinrichtung 98 in der Vorrichtung 90 vorgesehen. Die Speichereinrichtung 98 dient dazu, eine Abwickelspule 100 aufzunehmen. Auf der Abwickelspule 100 ist die Faserverstärkung 92 aufgewickelt. Die Abwickelspulen 100 werden der Vorrichtung 90 zugeliefert. Die Vorrichtung 90 weist darüber hinaus einen Abwickelmotor 102 auf, der dazu vorgesehen ist, die Abwickelspule 100 anzutreiben. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Abwickelspule 100 in beide Drehrichtungen mittels des Abwickelmotors 102 antreibbar ist.
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Des Weiteren ist ein in der dargestellten Ausführungsform als Lineararray von optischen Lichtschranken ausgebildeter Sensor 104 vorgesehen, der dazu dient, eine Ist-Position der Faserverstärkung 72 durch den Sensor 104 zu erfassen.
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In der 10 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung 90 dargestellt, um die durch den Sensor 104 erfassten Größen und das daraus ermöglichte Regelungsprinzip zu verdeutlichen. Der Sensor 104 weist einen Sensorbereich 108 auf. Wie bereits voranstehend geschildert wurde, ist der Sensor 104 durch ein Array von Lichtschranken gebildet. Dieses Array kann eindimensional, es kann jedoch grundsätzlich auch zweidimensional ausgebildet sein. Auf diese Weise ist der Sensor 104 dazu in der Lage, eine Position 72 bzw. eine Durchhängung der Faserverstärkung 72 zu erfassen. Bei der Vorrichtung 90 ist die Abwickelspule 100 in der in den Figuren dargestellten Betriebsposition der Vorrichtung 90 oberhalb des Legekopfs 60 angeordnet. Das von der Abwickelspule 100 abgezogene Faserverstärkungsmaterial hängt somit auf dem Weg zu dem Legekopf 60 bogenförmig durch. Das Maß des von der Faserverstärkung 72 eingenommenen Bogens kann mittels des Sensors 104 erfasst werden. Gleichzeitig bestimmt dieses Maß der Durchhängung eine in der zugeführten Faserverstärkung 72 vorhandenen Spannung. Befindet sich in der in 9 dargestellten Ansicht die Faserverstärkung 72 relativ weit oben bzw. links oben in dem Sensorbereich 108, ist die Faserverstärkung 72 bei der Zuführung stärker gespannt als wenn sie sich weiter unten bzw. rechts unten in dem Sensorbereich 108 befindet. Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb des Sensorbereichs 108 einen Punkt oder Bereich festzulegen, der als optimale Zuführung bzw. spannungsfreie Zuführung festgelegt ist.
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Im Betrieb wird durch das Ablegen und Fixieren der Faserverstärkung 72 mittels des Legekopfs 60 kontinuierlich Material der Faserverstärkung 72 von der Abwickelspule 100 abgenommen. Grundsätzlich kann die Abwickelspule 100 freilaufend geschaltet sein, so dass sukzessive Faserverstärkung 72 von der Abwickelspule 100 abgenommen wird. Es kann jedoch sein, dass aufgrund der Ausgestaltung der abzulegenden Geometrien bzw. Muster, der Ablegegeschwindigkeit usw. sich eine neben der Faserverstärkung 72 befindliche Spannung ändert. Die Faserverstärkung 72 wandert dann im Sensorbereich 108 weiter nach oben. Man ist nun dazu in der Lage, durch aktives Regeln der Abwickelspule 100, in der in 9 dargestellten Ansicht müsste sie nun entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert werden, Spannung aus der Faserverstärkung 72 zu nehmen. Die Faserverstärkung 72 wandert dann in dem Sensorbereich 108 wieder weiter nach unten bzw. nach unten rechts. Insbesondere kann in einer weiteren Ausgestaltung ermöglicht sein, die Abwickelspule 100 auch im Uhrzeigersinn rotieren zu können. Auf diese Weise kann die Faserverstärkung 72 auch in dem Sensorbereich 108 wieder zurück weiter nach oben bzw. nach links oben bewegt werden. Auf diese Weise wird es möglich, mittels des Sensors 104 der aktiven Regelung einer Drehbewegung der Abwickelspule 100 eine nahezu spannungsfreie Zuführung der Faserverstärkung 72 an den Legekopf zu realisieren.
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Eine weitere Ausführungsform ist in der 11 dargestellt.
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Es kann vorkommen, dass die Faserverstärkung 72 auf der Abwickelspule 100 stark miteinander verklebt ist. In diesem Fall kann es unter Umständen dazu kommen, dass die Faserverstärkung 72 nur unter großen Kräften von der Abwickelspule 100 abgezogen werden kann. Ein Abziehmotor 110 kann vorgesehen sein, der ebenfalls durch die Regelungseinrichtung 94 geregelt wird. Dieser Abziehmotor 110 treibt eine Abzieheinrichtung 112 an, durch die die Faserverstärkung 72 geführt ist. Insbesondere kann die Abzieheinrichtung 112 durch zwei aneinander liegende Rollenelemente gebildet sein, durch die die Faserverstärkung 72 geführt ist. Auf diese Weise können die Rollen der Abzieheinrichtung 112 die Faserverstärkung 72 durch sich fördern und somit gezielt die Faserverstärkung 72 von der Abwickelspule 100 abziehen. Insbesondere ist die Abzieheinrichtung 112 sehr nahe an der Abwickelspule 100 angeordnet. Eine Spannung in dem Faserverstärkungsmaterial 72 tritt somit nur auf dem relativ geringen Stück zwischen der Abzieheinrichtung 112 und der Abwickelspule 100 auf. Durch entsprechendes Regeln der Drehbewegung der Abwickelspule 100 und der Abzieheinrichtung 112 relativ zueinander kann darüber hinaus auch die Spannung in der Faserverstärkung zwischen der Abzieheinrichtung 112 und der Abwickelspule 100 relativ gering gehalten werden. Allerdings kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass ein Verkleben der Faserverstärkung 72 auf der Abwickelspule 100 vermieden und sukzessive die Faserverstärkung 72 von der Abwickelspule 100 abgezogen wird.
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Des Weiteren wird es durch die in den 9 und 10 dargestellten Regelungsmöglichkeiten ermöglicht, die Drehbewegung des Legekopfs 60 und die sich daraus ergebenden Zug- bzw. Entspannungsvorgänge in der Faserverstärkung 72 durch Regelung der Abwickelspule und/oder der Abzieheinrichtung zu kompensieren. Wird bspw. durch ein Eindrehen der Mitnahmeeinrichtung 16 aus der Neutralstellung heraus von dem Legekopf 60 an der Faserverstärkung 72 gezogen, kann durch aktives Nachführen der Abwickelspule 100 diese Bewegung kompensiert und somit die Faserverstärkung 72 vollkommen spannungsfrei gehalten werden. Da die Regelungseinrichtung 94 sowohl den Legekopf 60 als auch die Abwickelspule 100 und/oder die Abzieheinrichtung 112 regeln kann, kann auf diese Weise eine spannungsfreie Zuführung der Faserverstärkung 72 in der gesamten Vorrichtung 90 geregelt werden.
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Die Regelung des Legekopfs 60 als auch der Abwickelspule 100 und/oder der Abzieheinrichtung 112 kann durch die Regelungseinrichtung 94 oder eine weitere Regelungseinrichtung (nicht dargestellt) unabhängig von einer übrigen Maschinensteuerung erfolgen. Da die Regelung des Legekopfs 60 als auch der Abwickelspule 100 und/oder der Abzieheinrichtung 112 unabhängig von den übrigen Maschinenparametern ist, kann dann ein robusteres Gesamtsystem bereitgestellt werden. Hält eine Verlegung der Faserverstärkung plötzlich an, beispielsweise aufgrund eines Notaus oder eines Maschinenfehlers, wird dann die Faserverstärkung einfach in die Mittenposition geregelt, bis die Verlegung der Faserverstärkung fortgesetzt wird.
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In der 12 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens 120 zum Zuführen der Faserverstärkung 72 gezeigt.
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Nach einem Startschritt 122 beginnt das Verfahren 120. Es folgt zunächst ein Schritt des Bereitstellens des Legekopfs 60 und einer antreibbaren Abwickelspule 100, von der die Faserverstärkung 72 zu dem Legekopf 60 geführt wird, wobei die Abwickelspule entfernt und oberhalb des Legekopfs angeordnet ist, daraufhin erfolgt ein Schritt des Zuführens 126 der Faserverstärkung zu dem Legekopf 60, wobei die Faserverstärkung 72 bogenförmig durchhängend zu dem Legekopf 60 zugeführt wird, dabei erfolgt ein Schritt des Erfassens 128 einer Ist-Position oder einer Ist-Durchhängung der Faserverstärkung 72 mittels eines Sensors 104, insbesondere mittels eines Lichtschrankenarrays, und dabei ein Regeln 130 der Drehposition der Abwickelspule 100 derart, dass die Faserverstärkung 72 eine Soll-Position und eine Soll-Durchhängung einnimmt.
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Es versteht sich, dass die Schritte 126, 128, 130 auch parallel ablaufen können, auch wenn sie der Übersicht halber in der Darstellung in der 11 aufeinander folgend dargestellt sind.
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In einer Ausgestaltung kann darüber hinaus parallel ein Schritt 132 vorgesehen sein, in dem die Abzieheinrichtung 112 derart geregelt wird, dass sie abhängig von der Regelung der Drehposition der Abwickelspule eine Förderung der Faserverstärkung 72 bewirkt.
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Das Verfahren 120 endet in einem Stoppschritt 134.
