DE102012019958A1 - Producing component made of fiber reinforced plastic, comprises providing textile semifinished product with thermoplastic matrix in first mold, heating it, and molding product in second mold using multi-axis robot having end effector - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a method for producing a component made of fiber-reinforced plastic according to claim 1, and to an apparatus for carrying out such a method according to the preamble of claim 8.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen sind bekannt. Problematisch ist dabei das Umformen eines Halbzeugs aus faserverstärktem Kunststoff, weil dieses – anders als Halbzeuge aus Metall – eine hohe Anisotropie aufweist und nur ein begrenztes Nachfließen von Material bei der Umformung erlaubt. Letztlich kann sich der faserverstärkte Kunststoff lediglich elastisch verformen und reißt bei Überlast. Beim Umformen kann es zu Falten- oder Beulenbildung und zu Rissen kommen.Devices and methods for producing components made of fiber-reinforced plastics are known. The problem here is the forming of a semi-finished fiber-reinforced plastic, because this - unlike semi-finished metal - has a high anisotropy and only a limited Nachfließen of material during the forming allowed. Ultimately, the fiber-reinforced plastic can only deform elastically and ruptures in case of overload. Forming can cause wrinkles or bulges and cracks.
Aus der
Gerade um ein textiles Halbzeug gezielt verformen und drapieren zu können, ist es auch bekannt, die Verformung von Hand vorzunehmen. Mit der Handkraft kann nach Gefühl ein passender Druck bestimmt werden, wodurch Beschädigungen oder Fehler im Bauteil vermeidbar sind. Dies ist mit herkömmlichen automatisierten Verfahren kaum oder nur schwer möglich.Just to be able to deliberately deform and drape a textile semifinished product, it is also known to perform the deformation by hand. By hand, a suitable pressure can be determined by feeling, whereby damage or errors in the component can be avoided. This is hardly or only with difficulty possible with conventional automated methods.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus faserverstärktem Kunststoff sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen, wobei das Verfahren und die Vorrichtung für eine großserientaugliche Fertigung geeignet sein sollen. Zugleich sollen sie flexibel für verschiedenste Umformvorhaben einsetzbar sein, ohne dass es größerer Umrüstungen bedarf. Ferner soll eine Verformung des textilen Halbzeugs mit möglichst gut an die Verformungsaufgabe angepassten Kräften erfolgen, so dass Beschädigungen oder Fehler in dem Bauteil möglichst vermieden werden.The invention is therefore based on the object to provide a method for producing a component made of fiber-reinforced plastic and a device suitable for carrying out the method, wherein the method and the device should be suitable for high-volume production. At the same time they should be flexible for a variety of Umformvorhaben be used without requiring major conversions. Furthermore, a deformation of the textile semifinished product should be carried out with forces adapted to the deformation task as well as possible so that damage or defects in the component are avoided as far as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird.This object is achieved by providing a method with the steps of claim 1.
Im Rahmen des Verfahrens wird ein textiles Halbzeug mit thermoplastischer Matrix in einer ersten Form, das heißt einer ersten Kontur, bereitgestellt. Beispielsweise ist es möglich, dass das textile Halbzeug zunächst flach ist. Es wird zumindest bereichsweise erwärmt, um die Umformung zu erleichtern, und es wird von mindestens einem Mehrachsroboter in eine zweite Form gebracht. Dies kann beispielsweise die gewünschte Endform beziehungsweise Endkontur des herzustellenden Bauteils sein. Die Umformung wird dabei über eine taktile Sensorik, die der mindestens eine Mehrachsroboter aufweist, kraftgesteuert durchgeführt. Die Sensorik verleiht dabei dem Roboter quasi ein gewisses Gefühl und eine Nachgiebigkeit, so dass die Kraftsteuerung besonders präzise möglich ist und für eine schonende Verarbeitung des Halbzeugs sorgt. Daher ist es möglich, mit Hilfe des Mehrachsroboters insbesondere auch anisotrope textile Halbzeuge fehlerfrei in die zweite Form zu bringen. Im Rahmen des Verfahrens wird weiterhin vorgesehen, dass für den mindestens einen Mehrachsroboter spezifisch in Hinblick auf die konkrete Umformung mindestens ein Endeffektor ausgewählt wird, mittels dem das textile Halbzeug gehalten und/oder umgeformt wird. Dabei spricht der Begriff „Endeffektor” eine Art Werkzeug oder Greifer an, mit welchem der Mehrachsroboter das textile Halbzeug handhaben kann. Das Verfahren ist besonders flexibel durchführbar, weil der mindestens eine Mehrachsroboter eine Vielzahl verschiedener Bewegungen durchführen und somit eine Vielzahl verschiedener Umformaufgaben bewältigen kann. Er ist also keinesfalls auf eine bestimmte Form festgelegt, und es bedarf keiner großen Umrüstarbeiten, um eine andere Endform beziehungsweise Endkontur des textilen Halbzeugs zu erzeugen. Es muss letztlich lediglich ein Bewegungsablauf des Mehrachsroboters geändert beziehungsweise umprogrammiert werden. Das Verfahren ist weiterhin deswegen besonders flexibel, weil mindestens ein Endeffektor für den Mehrachsroboter spezifisch und funktionsadaptiert auf die konkrete Umformaufgabe hin ausgewählt werden kann. Insbesondere ist der Endeffektor vorzugsweise austauschbar, so dass er rasch und schnell gegen einen abweichend ausgebildeten Endeffektor ausgetauscht werden kann, wenn eine neue Umformaufgabe dies erfordert.As part of the process, a textile semifinished product with thermoplastic matrix in a first form, that is, a first contour, provided. For example, it is possible that the textile semi-finished product is initially flat. It is at least partially heated to facilitate the forming, and it is brought by at least one multi-axis robot in a second form. This can be, for example, the desired final shape or final contour of the component to be produced. The deformation is performed force-controlled via a tactile sensor, which has the at least one multi-axis robot. The sensor technology gives the robot a certain sense and a degree of flexibility, so that the force control is particularly precise and ensures gentle processing of the semi-finished product. It is therefore possible, with the aid of the multi-axis robot, in particular, to bring anisotropic semi-finished textile products into the second shape without errors. In the context of the method, it is further provided that for the at least one multi-axis robot, at least one end effector is selected specifically with regard to the concrete forming by means of which the textile semifinished product is held and / or reshaped. The term "end effector" refers to a type of tool or gripper, with which the multi-axis robot can handle the textile semi-finished product. The method is particularly flexible feasible because the at least one multi-axis robot perform a variety of different movements and thus can handle a variety of different forming tasks. So it is by no means fixed to a specific shape, and it requires no major retooling to produce a different final shape or final contour of the textile semifinished product. Ultimately, only one motion sequence of the multi-axis robot has to be changed or reprogrammed. The method is furthermore particularly flexible because at least one end effector for the multi-axis robot can be selected specifically and functionally adapted to the specific forming task. In particular, the end effector is preferably interchangeable so that it can be swiftly and quickly replaced with a deviating end effector if a new forming task requires it.
Abhängig von der konkreten Umformaufgabe ist es auch möglich, zugleich mit dem Endeffektor auch die Sensorik des Mehrachsroboters zu variieren. Insbesondere abhängig von der konkreten Ausbildung des Endeffektors kann es nämlich vorteilhaft sein, wenn auch die taktile Sensorik angepasst wird.Depending on the specific forming task, it is also possible to vary the sensors of the multi-axis robot at the same time as the end effector. In particular, depending on the specific design of the end effector, it may in fact be advantageous if the tactile sensor technology is also adapted.
Als textiles Halbzeug wird vorzugsweise ein Gewebe, Gelege, Geflecht, Gestrick oder Gewirk aus Glas-, Karbon-, Aramidfasern oder anderen geeigneten Fasern ausgewählt, die in eine thermoplastische Matrix, beispielsweise aus einem Duroplast wie Epoxid- oder Polyesterharz, eingebettet sind. Ein solches thermoplastisches Matrixmaterial schmilzt bei relativ geringen Temperaturen, vorzugsweise zwischen mindestens 200 und höchstens 300°C, so dass sich die Halbzeuge quasi beliebig oft umformen lassen. Das textile Halbzeug ist besonders bevorzugt als konfektioniertes, das heißt zugeschnittenes, Organoblech ausgebildet. Dabei handelt es sich beispielsweise um ein aus einem faserverstärkten, vorzugsweise langfaserverstärkten oder endlosfaserverstärkten Thermoplast ausgebildetes Bauteil, bevorzugt um eine Platte. Ein solches Organoblech weist ein geringes Gewicht und eine hohe Steifigkeit auf. As a textile semifinished product preferably a fabric, scrim, mesh, knitted or knitted fabric of glass, carbon, aramid fibers or other suitable fibers is selected, which are embedded in a thermoplastic matrix, for example of a thermosetting plastic such as epoxy or polyester resin. Such a thermoplastic matrix material melts at relatively low temperatures, preferably between at least 200 and at most 300 ° C., so that the semi-finished products can be formed virtually as often as desired. The textile semifinished product is particularly preferably formed as ready-made, that is tailored, organic sheet. This is, for example, a component formed from a fiber-reinforced, preferably long-fiber-reinforced or endless-fiber-reinforced thermoplastic component, preferably a plate. Such an organic sheet has a low weight and a high rigidity.
Die Art des textilen Halbzeugs spielt jedoch keine entscheidende Rolle. Während es also bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich ist, ein textiles Halbzeug in einer ebenen Form als erster Form auszuwählen, beispielsweise eine Platte, ist es bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens durchaus möglich, ein Rohr oder ein anderes Profil als erste Form des textilen Halbzeugs zu wählen. Mit Hilfe des Mehrachsroboters ist es ohne Weiteres möglich, auch solche nicht ebenen textilen Halbzeuge umzuformen, beispielsweise ein Rohr zu biegen oder mit entsprechend ausgebildeten Endeffektoren bezüglich seiner Querschnittsform zu verändern. Es ist auch möglich, ein rohrförmiges textiles Halbzeug zu strecken oder – mit Hilfe geeigneter Endeffektoren – zusätzlich zu bearbeiten, beispielsweise zu schneiden, abzudichten oder zu entgraten.However, the nature of the textile semifinished product does not play a decisive role. While it is thus possible in one embodiment of the method to select a semifinished textile product in a planar shape as a first shape, for example a plate, it is quite possible in another embodiment of the method, a tube or another profile as the first form of the textile semifinished product to choose. With the help of the multi-axis robot, it is readily possible to transform even such non-flat textile semi-finished products, for example, to bend a tube or to change with respect to its cross-sectional shape with appropriately trained end effectors. It is also possible to stretch a tubular semifinished product or - in addition to edit, for example, to cut, seal or deburr - with the help of suitable end effectors.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das textile Halbzeug mit Hilfe des Mehrachsroboters in einem Pressenwerkzeug drapiert wird. Das Pressenwerkzeug weist eine Mulde oder Anlage auf, die gemäß der auszubildenden, zweiten Form des textilen Halbzeugs geformt ist. Mit Hilfe des mindestens einen Mehrachsroboters kann das textile Halbzeug bündig in dem Pressenwerkzeug drapiert, also an dieses angelegt werden, wobei aufgrund der flexiblen Steuerung und Verfahrwege des Mehrachsroboters und aufgrund dessen taktiler Sensorik eine präzise kraftgesteuerte Anlage erfolgen kann, so dass Falten, Beulen, Risse, Faserverschiebungen und/oder Scherungen des textilen Halbzeugs vermeidbar sind.A method is preferred which is characterized in that the semi-finished textile product is draped with the aid of the multi-axis robot in a press tool. The press tool has a trough or plant, which is shaped according to the trainees, the second shape of the textile semifinished product. With the help of the at least one multi-axis robot, the textile semifinished product can be draped flush in the press tool, so applied to this, due to the flexible control and travel of the multi-axis robot and due to its tactile sensor can be done a precise force-controlled system, so that wrinkles, dents, cracks , Fiber shifts and / or shearing of the textile semifinished product are avoidable.
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird bevorzugt, dass das textile Halbzeug mit Hilfe des Mehrachsroboters frei umgeformt wird. Dies bedeutet, dass keine Kontur zum Abstützen, Anlehnen oder Anformen verwendet wird. Das textile Halbzeug wird ausschließlich von dem mindestens einen Mehrachsroboter gehalten beziehungsweise getragen und umgeformt. Auf diese Weise lassen sich auch größere Bauteile, insbesondere bei Verwendung von mehr als einem Mehrachsroboter, ohne Weiteres umformen. Dabei ist die Art der Verformung, welche durch den mindestens einen Mehrachsroboter vorgenommen wird, mit Handarbeit vergleichbar, weil die Verfahrwege beziehungsweise Bewegungen, die der Mehrachsroboter ausführen kann, durchaus mit der Bewegung einer menschlichen Hand vergleichbar sind. Zudem weist der Mehrachsroboter eine taktile Sensorik auf, so dass das Umformen präzise kraftgesteuert durchgeführt werden kann.In another embodiment of the method, it is preferred that the textile semifinished product is freely deformed with the aid of the multi-axis robot. This means that no contour is used for supporting, leaning or molding. The textile semifinished product is held or carried and transformed exclusively by the at least one multi-axis robot. In this way, even larger components, especially when using more than a multi-axis robot, easily transform. In this case, the type of deformation which is carried out by the at least one multi-axis robot, comparable to manual work, because the travels or movements that can perform the multi-axis robot, are quite comparable to the movement of a human hand. In addition, the multi-axis robot has a tactile sensor, so that the forming can be performed precisely controlled by force.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem ein rohrförmiges, textiles Halbzeug umgeformt wird. Wie bereits angedeutet, ist dies mit Hilfe des mindestens einen Mehrachsroboters ohne Weiteres möglich. Dabei ist es insbesondere möglich, das rohrförmige textile Halbzeug zu biegen oder bezüglich seiner Querschnittsform und/oder seiner Querschnittsgröße zu verändern.A method is also preferred in which a tubular, semi-finished textile product is formed. As already indicated, this is readily possible with the aid of the at least one multi-axis robot. In this case, it is in particular possible to bend the tubular semi-finished textile product or to change its cross-sectional shape and / or its cross-sectional size.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass für die Umformung eine Vielzahl von vorzugsweise miniaturisierten Mehrachsrobotern verwendet wird. In diesem Fall sind ohne Weiteres sehr komplexe Umformaufgaben auch an größeren textilen Halbzeugen durchführbar, weil mit Hilfe der Vielzahl von Mehrachsrobotern eine große Zahl unabhängiger Bewegungen und Verlagerungswege darstellbar ist. An jedem der Mehrachsroboter kann ein spezifisch für die Umformaufgabe ausgewählter Endeffektor vorgesehen sein, der von den anderen ausgewählten Endeffektoren verschieden oder auch zu diesen identisch ausgebildet sein kann. Die Vielzahl von Mehrachsrobotern kann quasi auf beliebige Weise gesteuert relativ zueinander bewegt werden, und aufgrund der präzisen Kraftsteuerung, welche die taktile Sensorik jedes einzelnen der Mehrachsroboter ermöglicht, können schonend sehr komplexe Umformaufgaben, insbesondere auch Freiformaufgaben bewältigt werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, mit Hilfe einer Vielzahl vorzugsweise miniaturisierter Mehrachsroboter ein textiles Halbzeug in einem Pressenwerkzeug zu drapieren.A method is also preferred which is characterized in that a multiplicity of preferably miniaturized multi-axis robots is used for the forming. In this case, very complex forming tasks are readily feasible even on larger semi-finished textile products, because with the help of the large number of multi-axis robots a large number of independent movements and displacement paths can be represented. At each of the multi-axis robots, an end effector specifically selected for the forming task may be provided, which may be different or also identical to the other selected end effectors. The multitude of multi-axis robots can be moved in a virtually controlled manner relative to one another, and because of the precise force control which the tactile sensor technology of each of the multi-axis robots makes possible, very complex forming tasks, in particular free-form tasks, can be handled gently. Of course, it is also possible to drape a semi-finished textile product in a press tool with the aid of a plurality of preferably miniaturized multi-axis robots.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der mindestens eine Endeffektor ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einem Nadelgreifer, einem Parallelgreifer, einem Sauggreifer, einem Magnetgreifer und einem Kombinationsgreifer.A method is preferred in which the at least one end effector is selected from a group consisting of a needle gripper, a parallel gripper, a suction gripper, a magnetic gripper and a combination gripper.
Ein Endeffektor kann demnach als Nadelgreifer ausgebildet sein. Dieser weist mindestens eine Nadel, vorzugsweise eine Mehrzahl von Nadeln auf, die in das textile Material eingreifen beziehungsweise eindringen können. Auf diese Weise ist der Nadelgreifer in der Lage, das textile Material sicher und fest zu halten, zu verlagern und insbesondere auch lokal zu verdrehen und/oder zu verzerren. Es ist also möglich, mit Hilfe eines als Nadelgreifer ausgebildeten Endeffektors eine Orientierung von Fasern lokal zu verändern. Es ist auch möglich, das textile Halbzeug mit Hilfe der Nadeln lokal geringfügig zu beschädigen, falls dies – beispielsweise zur Entlastung beziehungsweise zur Beseitigung von Spannungen – nötig ist. Je nach Anordnung der Nadeln an dem Nadelgreifer ist es möglich, das textile Halbzeug flächig und/oder linienförmig zu greifen, wobei sich aufgrund der das textile Material in einer Richtung, die senkrecht auf dessen Oberfläche steht, durchdringenden Nadeln weder Ränder noch Falten im Bereich des Greifers ergeben.An end effector can therefore be designed as a needle gripper. This has at least one needle, preferably a plurality of needles, which can engage in or penetrate into the textile material. In this way, the needle gripper is able to safely and the textile material to hold on to, and in particular to locally distort and / or distort. It is thus possible to locally change an orientation of fibers with the aid of an end effector designed as a needle gripper. It is also possible to damage the semi-finished textile locally with the help of the needles locally, if this - for example, to relieve or to eliminate stresses - is necessary. Depending on the arrangement of the needles on the needle gripper, it is possible to grasp the textile semi-finished flat and / or linear, with due to the textile material in a direction perpendicular to the surface, penetrating needles neither edges nor wrinkles in the Gripper result.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Endeffektor als Parallelgreifer ausgebildet ist. Ein Parallelgreifer ist quasi zangenartig ausgebildet, weist also zwei Zangenelemente auf, die relativ zueinander schwenkbar sind, wobei das textile Halbzeug zwischen den Zangenelementen festklemmbar ist. Mit Hilfe des Parallelgreifers ist es möglich, das textile Halbzeug an seinem Rand oder im Bereich von Falten zu greifen. Es kann gespannt oder gezogen werden, und es ist möglich, es mit Hilfe des Parallelgreifers zu falten, zu knicken, zu biegen und/oder zu spannen.Alternatively or additionally, it is possible that an end effector is designed as a parallel gripper. A parallel gripper is quasi-pliers-like, thus has two pliers elements which are pivotable relative to each other, wherein the textile semifinished product can be clamped between the pliers elements. With the help of the parallel gripper, it is possible to grip the semi-finished textile product at its edge or in the region of folds. It can be stretched or pulled, and it is possible to fold, bend, bend and / or tension it using the parallel gripper.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Endeffektor als Sauggreifer ausgebildet ist. Dieser umfasst eine Art Saugnapf, Saugkopf oder Saugfuß, jedenfalls ein endständiges Saugelement, das vorzugsweise mit einer Unterdruckquelle in Fluidverbindung steht. Mit Hilfe des Sauggreifers ist es möglich, das textile Halbzeug schonend zu greifen, weil es weder mit Nadeln durchstoßen noch zwischen Zangen eingeklemmt wird. Es ist auch möglich, das textile Halbzeug mittels des Sauggreifers linienförmig oder flächig zu greifen, insbesondere dann, wenn ein Sauggreifer mehrere Saugköpfe nebeneinander in linienförmiger und/oder flächiger Anordnung umfasst. Hierbei ist es auch möglich, dass der Sauggreifer an eine gewünschte oder eine bestehende Kontur des textilen Halbzeugs angepasst ist, um dieses besser greifen zu können, oder um es in die gewünschte Kontur zu bringen. Der Sauggreifer ist dann als Konturgreifer ausgebildet. Schließlich ist es mit Hilfe des Sauggreifers möglich, das textile Halbzeug zu heben, zu halten, zu strecken, zu spannen, und insbesondere mittels eines als Konturgreifer ausgebildeten Sauggreifers tiefzuziehen.Alternatively or additionally, it is possible for an end effector to be designed as a suction gripper. This comprises a kind of suction cup, suction head or squeegee, in any case a terminal suction element, which is preferably in fluid communication with a vacuum source. With the help of the suction gripper, it is possible to gently grip the semi-finished textile because it is neither pierced with needles nor pinched between pliers. It is also possible to grip the textile semifinished product by means of the suction gripper in a linear or planar manner, in particular when a suction gripper comprises several suction heads next to one another in a line-shaped and / or planar arrangement. In this case, it is also possible for the suction gripper to be adapted to a desired or an existing contour of the textile semifinished product in order to be able to grasp it better, or to bring it into the desired contour. The suction gripper is then designed as a contour gripper. Finally, it is possible with the help of the suction gripper, to lift the textile semi-finished product, to hold, to stretch, to tension, and deep-draw in particular by means of a suction gripper designed as a contour gripper.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein Endeffektor als Magnetgreifer ausgebildet ist. Hiermit ist es insbesondere möglich, ferromagnetische Gegenstände zu greifen. Ein textiles Halbzeugs, welches nicht selbst ferromagnetisch ausgebildet ist oder ferromagnetische Partikel umfasst, kann mit Hilfe des Magnetgreifers gegriffen werden, indem der Magnetgreifer und ein vorzugsweise ferromagnetisches Gegenstück auf gegenüberliegenden Seiten des textilen Halbzeugs angeordnet werden. Das vorzugsweise ferromagnetische Gegenstück wird dann an den Magnetgreifer angezogen, wenn dieser aktiviert wird. Dabei wird das textile Halbzeug zwischen dem Gegenstück und dem Magnetgreifer festgeklemmt, so dass es mit Hilfe des Magnetgreifers manipuliert werden kann. Vorzugsweise weist der Magnetgreifer einen Elektromagnet auf, so dass eine Haltekraft elektrisch regelbar ist. Insbesondere ist es mit Hilfe eines Magnetgreifers möglich, das textile Halbzeug flächig zu greifen. Es kann außerdem gehoben, gehalten, gezogen und insbesondere auch mit einem vorzugsweise als Konturgreifer ausgebildeten Magnetgreifer tiefgezogen werden. Dies ist besonders vorteilhaft möglich mit einem komplementär zu der Kontur des Konturgreifers ausgebildeten, ferromagnetischen Gegenstück, oder wenn das textile Halbzeug selbst ferromagnetische Partikel oder ferromagentische Fasern oder Fäden in Faserbündeln aufweist. In diesem Fall ist es ohne Weiteres möglich, das textile Material lokal mit Hilfe eines magnetischen Konturgreifers umzuformen.Alternatively or additionally, it is possible that an end effector is designed as a magnetic gripper. This makes it possible, in particular, to grasp ferromagnetic objects. A semifinished textile product which is not itself ferromagnetic or comprises ferromagnetic particles can be gripped by means of the magnetic gripper by arranging the magnetic gripper and a preferably ferromagnetic counterpart on opposite sides of the textile semifinished product. The preferably ferromagnetic counterpart is then attracted to the magnetic gripper when it is activated. In this case, the textile semifinished product is clamped between the counterpart and the magnetic gripper, so that it can be manipulated with the aid of the magnetic gripper. Preferably, the magnetic gripper has an electromagnet, so that a holding force is electrically regulated. In particular, it is possible with the aid of a magnetic gripper to grasp the textile semi-finished product areally. It can also be lifted, held, pulled and deep-drawn especially with a preferably designed as a contour gripper magnetic gripper. This is particularly advantageously possible with a ferromagnetic counterpart designed to be complementary to the contour of the contour gripper, or if the semi-finished textile itself has ferromagnetic particles or ferromagnetic fibers or filaments in fiber bundles. In this case, it is readily possible to locally reshape the textile material with the aid of a magnetic contour gripper.
Schließlich ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass ein Endeffektor als Kombinationsgreifer ausgebildet ist. Ein Kombinationsgreifer umfasst eine Kombination aus mindestens zwei der zuvor genannten Arten von Endeffektoren und/oder mindestens einer weiteren Endeffektorart. Dabei ist es möglich, dass der Kombinationsgreifer verschiedene Endeffektoren aufweist, die quasi nebeneinander angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass der Kombinationsgreifer verschiedenen Greifprinzipien in einem Greifer kombiniert. Beispielsweise kann ein Magnet-Sauggreifer verwirklicht werden, indem ein mit einer Unterdruckquelle in Fluidverbindung stehender Saugkopf mit einem äußeren elektromagnetischen Ring kombiniert wird, so dass der entsprechend ausgebildete Endeffektor alternativ oder gleichzeitig ein textiles Halbzeug ansaugen und magnetisch Greifen kann. Dabei wird die Saugwirkung in einem Bereich erzielt, der von dem ringförmigen Elektromagneten umschlossen ist. Ein solcher Kombinationsgreifer kann schonend greifen, flächig greifen, sich an eine Kontur anpassen, eine Haltekraft elektrisch und/oder pneumatisch regeln, sowie mehrschichtige Bauteile greifen, beispielsweise Bauteile, die Kunststoff und Metall umfassen. Mit Hilfe des Kombinationsgreifers ist es möglich, das textile Halbzeug zu heben, zu greifen, zu ziehen und – wenn der Kombinationsgreifer als Konturgreifer ausgebildet ist – auch tiefzuziehen.Finally, it is alternatively or additionally possible that an end effector is designed as a combination gripper. A combination gripper comprises a combination of at least two of the aforementioned types of end effectors and / or at least one other end effector type. It is possible that the combination gripper has different end effectors, which are arranged virtually side by side. But it is also possible that the combination gripper combines different gripping principles in a gripper. For example, a magnetic suction gripper can be realized by combining a suction head in fluid communication with a vacuum source with an outer electromagnetic ring so that the correspondingly formed end effector can alternatively or simultaneously aspirate and magnetically grasp a semi-finished textile product. In this case, the suction effect is achieved in a region which is enclosed by the annular electromagnet. Such a combination gripper can gently grip, grasp surface, adapt to a contour, regulate a holding force electrically and / or pneumatically, and grip multi-layer components, such as components that include plastic and metal. With the help of the combination gripper, it is possible to lift the textile semifinished product, to grasp, to pull and - if the combination gripper is designed as a contour gripper - also deep draw.
Letztlich können beliebige Arten von Endeffektoren miteinander zu Kombinationsgreifern kombiniert werden.Ultimately, any types of end effectors can be combined with each other into combination grippers.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass mit Hilfe von mindestens einem ersten Endeffektor eine Vorform erzeugt wird, wobei aus der Vorform mittels mindestens einem als Konturgreifer ausgebildeten Endeffektor eine Endform gebildet wird. In diesem Fall wird vorzugsweise das textile Halbzeug mit Hilfe des mindestens einen ersten Endeffektors grob vorgeformt, während die detailliertere Endform, die beispielsweise einen kleineren Krümmungsradius aufweist als die Vorform, mit Hilfe des mindestens einen Konturgreifers ausgebildet wird. Der Konturgreifer muss dann nur noch eine vergleichsweise geringe Umformung vornehmen, also auch nur eine vergleichsweise geringe Umformarbeit leisten. Dies ist gegebenenfalls vorteilhaft, weil die Grobform mit Hilfe des Konturgreifers nur schwierig oder unter sehr hohem Energieaufwand herstellbar wäre, während sie ohne Weiteres von anderen Greiferarten hergestellt werden kann. A method is also preferred, which is characterized in that a preform is produced with the aid of at least one first end effector, wherein an end shape is formed from the preform by means of at least one end effector designed as a contour gripper. In this case, the semifinished textile product is preferably coarsely preformed by means of the at least one first end effector, while the more detailed final shape, which for example has a smaller radius of curvature than the preform, is formed with the aid of the at least one contour gripper. The contour gripper then only has to make a comparatively small deformation, that is to say, only a relatively small forming work is required. This is possibly advantageous because the coarse mold with the help of the contour gripper would be difficult or very expensive to produce, while it can be easily produced by other gripper types.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den Merkmalen des Anspruchs 8 geschaffen wird. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine Mehrzahl vorzugsweise miniaturisierter Mehrachsroboter aus, die austauschbare, in Hinblick auf eine konkrete Umformaufgabe ausgewählte Endeffektoren aufweisen. Damit verwirklichen sich die Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt wurden.The object is also achieved by providing an apparatus for carrying out a method according to one of the previously described embodiments having the features of claim 8. The device is characterized by a plurality of preferably miniaturized multi-axis robots which have replaceable end effectors selected with regard to a specific forming task. This realizes the benefits already achieved in connection with the process.
Vorzugsweise weisen die Mehrachsroboter eine taktile Sensorik auf, mit der sie eine präzise, kraftgesteuerte Umformung des textilen Halbzeugs durchführen können.The multi-axis robots preferably have a tactile sensor with which they can perform a precise, force-controlled deformation of the textile semifinished product.
Es wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Endeffektoren ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus einem Nadelgreifer, einem Parallelgreifer, einem Sauggreifer, einem Magnetgreifer und einem Kombinationsgreifer. In Hinblick auf die konkrete Ausbildung der Endeffektoren und deren Einsatzmöglichkeiten wird auf die Ausführungen zu dem Verfahren verwiesen, die genauso auch für die Vorrichtung zutreffen.A device is preferred, which is characterized in that the end effectors are selected from a group consisting of a needle gripper, a parallel gripper, a suction gripper, a magnetic gripper and a combination gripper. With regard to the concrete design of the end effectors and their possible uses, reference is made to the statements on the method, which also apply to the device as well.
Schließlich wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie eine Vielzahl identischer und/oder verschiedener Endeffektoren umfasst, aus denen in Hinblick auf eine konkrete Umformaufgabe eine Mehrzahl für die Mehrzahl von Mehrachsrobotern auswählbar ist.Finally, a device is preferred which is characterized in that it comprises a plurality of identical and / or different end effectors, from which a plurality of multi-axis robots can be selected with regard to a specific forming task.
Es zeigt sich damit, dass im Rahmen des Verfahrens und mit Hilfe der Vorrichtung quasi ein Baukastenprinzip realisierbar ist, bei welchem für jeden Bedarf, das heißt für jede konkrete Umformaufgabe und/oder für jede Art von herzustellendem Bauteil entsprechend spezialisierte Mehrachsroboter zur Verfügung gestellt werden können, wobei sich die Spezialisierung der Mehrachsroboter in der Art der an ihnen vorgesehenen Endeffektoren zeigt. Es ist also vorzugsweise eine große Zahl voneinander hinsichtlich ihrer Art, ihrer Größe, ihrer geometrischen Ausgestaltung und weiterer Eigenschaften verschiedener Endeffektoren vorgesehen, aus denen für eine konkrete Umformaufgabe jeweils die geeigneten für die entsprechenden Mehrachsroboter ausgewählt und an diesen befestigt werden. Dabei ist vorzugsweise von jedem konkret bestimmten Endeffektor eine Vielzahl vorgesehen, so dass jedenfalls mehr als ein Mehrachsroboter mit dem gleichen Endeffektor bestückbar ist.It thus turns out that within the framework of the method and with the aid of the device a modular principle can be realized, in which specialized multi-axis robots can be made available for every requirement, that is to say for each specific forming task and / or for each type of component to be produced , where the specialization of multi-axis robots shows in the nature of the end effectors provided to them. It is therefore preferably a large number of each other in terms of their nature, their size, their geometric configuration and other properties of various end effectors provided, from which for each specific Umformaufgabe the appropriate selected for the corresponding multi-axis robots and attached to this. In this case, a plurality is preferably provided by each specific end effector, so that in any case more than one multi-axis robot can be equipped with the same end effector.
Nach dem gleichen Baukastenprinzip ist vorzugsweise auch eine Steuerung für die Vorrichtung ausgebildet, so dass vordefinierte Verlagerungswege, Bewegungsformen und/oder Empfindlichkeiten der taktilen Sensorik für die Mehrachsroboter nach dem Baukastenprinzip ausgewählt werden, wobei sie für eine konkrete Umformaufgabe und/oder ein konkretes, umzuformendes textiles Halbzeug geeignet sind. Hierfür kann vorzugsweise für jeden Mehrachsroboter nicht nur ein passender Endeffektor, sondern auch eine passende Funktion für seine Verlagerung beziehungsweise Bewegung sowie für das Verhalten seiner taktilen Sensorik ausgewählt werden.According to the same modular principle, a control for the device is preferably designed so that predefined displacement paths, motion and / or sensitivities of tactile sensors for multi-axis robots are selected according to the modular principle, where they are for a specific forming task and / or a concrete, umzuformendes textiles Semi-finished are suitable. For this purpose, not only a suitable end effector, but also a suitable function for its displacement or movement as well as for the behavior of its tactile sensor system can be selected for each multi-axis robot.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Showing:
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Nadelgreifer
Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel ist der Nadelgreifer
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, dass der Mehrachsroboter
Mit Hilfe der Endeffektoren
Auch der Endeffektor
Schließlich ist es auch möglich, dass mindestens einer der Endeffektoren
Die Mehrachsroboter
Die Vielzahl von Mehrachsrobotern
Vorzugsweise weisen die Mehrachsroboter
Der Mehrachsroboter
In
Es wird entweder in seinem bereits von den Mehrachsrobotern
Durch einen Pfeil P ist der Übergang von
Eine Steuerung der Bewegungsabläufe der Mehrachsroboter erfolgt vorzugsweise so, dass zunächst eine rechnergestützte Drapiersimulation durchgeführt wird, in welcher das textile Halbzeug
Bei dem in
Bevorzugt wird auch die in
Die Mehrachsroboter
Bei der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens wird in
Es ist ein Endeffektor
Wie in
Insoweit wird das textile Halbzeug
Es wird deutlich, dass es günstig ist, das textile Halbzeug
Insgesamt zeigt sich, dass es mit Hilfe des Verfahrens und der Vorrichtung aufgrund des auf der Vorrichtungsebene und auch auf der Steuerungsebene nachvollzogenen Baukastenprinzips möglich ist, auf flexible, einfache und schnelle Weise großserientauglich beanstandungsfreie Bauteile zu fertigen, welche faserverstärkten Kunststoff umfassen. Bauteile, deren grobe Packmaße und Umformgrade sich nur geringfügig unterscheiden, können ohne Weiteres in einer bereits vorhandenen Vorrichtung
Dies bedeutet, dass es mit Hilfe der Vorrichtung
Die vielfältigen Möglichkeiten der Vorrichtung
Schließlich zeigt sich, dass das Verfahren und die Vorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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