DE102013005163A1

DE102013005163A1 - Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102013005163A1
Application number: DE102013005163.0A
Authority: DE
Inventors: Dimitri Walder; Farbod Nosrat Nezami; Shankar Kurgod; Christian Eberdt
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug (7) mit folgenden Schritten: Ablegen eines Faserhalbzeugs (7) auf einer Ablagefläche (27); Fixieren des Faserhalbzeugs (7) auf der Ablagefläche (27) mit einer Mehrzahl entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs (7) segmentartig angeordneter Niederhalter (5); Vordrapieren des Faserhalbzeugs (7) in einer Kavität eines Drapierwerkzeugs (13) zwischen einem Unterwerkzeug (17) und einem Oberwerkzeug (15), indem das Unterwerkzeug (17) und/oder das Oberwerkzeug (15) derart verlagert wird/werden, dass das Drapierwerkzeug (13) in eine Vorschließstellung gebracht wird; Ergreifen des Faserhalbzeugs durch eine Vielzahl von Manipulatoren (9), die entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs (7) segmentartig – von einem Zentrum des Faserhalbzeugs (7) aus gesehen – vor oder hinter den Niederhaltern (5) angeordnet sind; Verlagern mindestens eines Manipulators (9), wobei lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug (7) verändert werden, und Drapieren des Faserhalbzeugs (7) und Herstellen des Vorformlings, indem das Drapierwerkzeug (13) in eine Schließstellung gebracht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug gemäß Anspruch 1, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Vorformlings gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.
Verfahren und Vorrichtungen der hier angesprochenen Art werden bevorzugt eingesetzt, um Faserhalbzeuge im Rahmen der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen insbesondere im Bereich der Automobilindustrie herzustellen. Dabei wird typischerweise ein Faserhalbzeug in einer Kavität eines Drapierwerkzeugs zwischen einem Unterwerkzeug und einem Oberwerkzeug drapiert, also in eine vorherbestimmte dreidimensionale Form umgeformt. Während des Drapierens wird es von einer Spanneinrichtung gespannt, insbesondere um einen Einzug des Faserhalbzeugs in das Drapierwerkzeug zu steuern und eine unzulässige Verformung, insbesondere eine Faltenbildung des Faserhalbzeugs zu vermeiden. Nach dem Drapieren beziehungsweise Umformen wird der so gebildete Vorformling, auch Preform genannt, typischerweise einer Harzinjektion oder Harzinfiltration unterworfen, um das fertige, faserverstärkte Bauteil auszubilden. Hierbei kann beispielsweise das RTM-Verfahren eingesetzt werden.
Die Spanneinrichtung weist typischerweise eine Rückhaltevorrichtung auf, die eine Rückhaltekraft in Faserrichtung bereitstellt, wodurch der Einzug des Faserhalbzeugs in das Drapierwerkzeug bestimmt wird. Es ist möglich, dass die Spanneinrichtung zusätzlich eine Klemmvorrichtung aufweist, die zusätzlich eine Klemmkraft senkrecht zur Faserrichtung bereitstellt. Die Klemmkraft kann zur Faltenreduzierung beim Drapieren eingesetzt werden.
Nachteilig hierbei ist, dass bestenfalls Rückhaltekräfte beim Drapieren variiert werden können, sodass eine Faltenbildung nach Möglichkeit verhindert werden kann, während es jedoch nicht möglich ist, das Faserhalbzeug aktiv und lokal gezielt zu manipulieren, insbesondere um bereits gebildete Falten gegebenenfalls beseitigen zu können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche die hier genannten Nachteile nicht aufweisen, wobei sie insbesondere eine aktive und gezielte Manipulation des Faserhalbzeugs ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug umfasst folgende Schritte: Ein Faserhalbzeug wird auf einer Ablagefläche abgelegt. Es wird auf der Ablagefläche mit einer Mehrzahl von Niederhaltern fixiert, die segmentartig entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs angeordnet sind. Das Faserhalbzeug wird in einer Kavität zwischen einem Unterwerkzeug und einem Oberwerkzeug eines Drapierwerkzeugs vordrapiert. Hierzu wird/werden das Unterwerkzeug und/oder das Oberwerkzeug derart relativ zueinander verlagert, dass das Drapierwerkzeug in eine Vorschließstellung gebracht wird. Dies bedeutet, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug noch nicht vollständig aufeinander zu verlagert sind, sodass die Kavität noch nicht ihr minimales Volumen aufweist, welches sie beim endgültigen Drapieren des Faserhalbzeugs einnimmt. Im Rahmen des Vordrapierens wird demnach das Faserhalbzeug unter Einwirkung geringerer Kräfte als beim eigentlichen Drapieren in der im Vergleich zu einer Schließstellung des Drapierwerkzeugs erweiterten Kavität angeordnet. Vor oder nach dem Vordrapieren wird das Faserhalbzeug durch eine Vielzahl von Manipulatoren ergriffen. Dabei sind die Manipulatoren entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs segmentartig angeordnet, und zwar – von einem Zentrum des Faserhalbzeugs aus gesehen – vor oder hinter den Niederhaltern. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein Manipulator verlagert, wobei lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug verändert werden. Schließlich wird das Faserhalbzeug drapiert und der Vorformling wird hergestellt, indem das Drapierwerkzeug in seine Schließstellung gebracht wird. Dies bedeutet, dass das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug maximal aufeinander zu verlagert werden, sodass die Kavität ihr minimales, zum Drapieren vorgesehenes Volumen einnimmt. Durch das Zusammenwirken der Niederhalter einerseits und der Manipulatoren andererseits ist es möglich, gezielt und lokal Membranspannungen in der Struktur des Faserhalbzeugs zu induzieren und somit dessen Drapierverhalten lokal zu beeinflussen, wobei es insgesamt verbessert wird. Dabei ist es insbesondere möglich, das Faserhalbzeug nach dem Vordrapieren nachträglich zu manipulieren, insbesondere lokal Material des Faserhalbzeugs zurückzuführen oder nachrutschen zu lassen. Somit können beim Vordrapieren bereits entstandene Falten nachträglich beseitigt werden. Insbesondere ist es auch möglich, durch die lokale Manipulation die Scherfestigkeit in einzelnen Bereichen der Struktur des Faserhalbzeugs zu verändern. Durch die lokale Beeinflussung der Scherfestigkeit ist auch lokal die Fähigkeit des Faserhalbzeugs, sich an komplexe, dreidimensionale Formen ohne Faltenbildung anzulegen, mithin die lokale Drapierbarkeit, einstellbar. Dies ist insbesondere wichtig bei der Herstellung komplex gekrümmter Vorformlinge, bei denen den mechanischen Beanspruchungen des fertigen Bauteils gerechte Eigenschaften und zugleich eine hohe Reproduzierbarkeit der Drapierung nur erreicht werden können, wenn die Drapierbarkeit des Faserhalbzeugs lokal einstellbar ist.
Bevorzugt werden daher gezielt lokal einzelne Manipulatoren verlagert, um entsprechend in für das Drapieren kritischen Bereichen, in denen insbesondere eine komplexe dreidimensionale Geometrie und/oder eine erhöhte Faltenbildungsneigung gegeben ist, durch Induzieren lokaler Membranspannungen oder auch durch Lockerung der Spannungen im Faserhalbzeug die Drapierbarkeit einzustellen.
Die Ablagefläche ist vorzugsweise Teil des Drapierwerkzeugs. Es ist insbesondere möglich, dass die Ablagefläche als Teil des Unterwerkzeugs ausgebildet ist. Die Ablagefläche dient vorzugsweise als Widerlager für die Niederhalter. Es ist auch möglich, dass die Ablagefläche durch mindestens ein separates Widerlager für die Niederhalter gebildet wird. Ebenso ist es möglich, dass die Ablagefläche durch die Manipulatoren gebildet wird.
Es ist möglich, dass ein umzuformendes Faserhalbzeug als Gestrick, Gewirk, Gewebe, Gelege oder in anderer Weise ausgebildet ist. Es kann aus Einzelfasern und/oder aus Faserbündeln, sogenannten Rovings, gebildet sein. Besonders bevorzugt umfasst das Faserhalbzeug Glasfasern, Kunststofffasern, Kohlefasern, Stahlfasern und/oder andere geeignete Fasern oder Faserbündel.
Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Haltekraft mindestens eines Niederhalters erhöht oder reduziert wird, während der mindestens eine Manipulator verlagert wird. Hierdurch wird vorzugsweise ein Nachrutschen und/oder ein Ausziehen oder Rückführen des Faserhalbzeugs ermöglicht. Dabei ist es möglich, dass die Haltekraft eines unmittelbar vor einem verlagerten Manipulator angeordneten Niederhalters reduziert wird, um eine Verlagerung des Faserhalbzeugs unmittelbar im Bereich des verlagerten Manipulators zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass mindestens ein Niederhalter in einem anderen, insbesondere – entlang des Faserhalbzeugs gesehen – gegenüberliegenden Bereich desselben bezüglich seiner Haltekraft reduziert wird, um eine Verlagerung des Faserhalbzeugs in diesem Bereich, insbesondere ein Nachrutschen oder Ausziehen beziehungsweise Rückführen des Faserhalbzeugs zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Haltekraft eines unmittelbar hinter einem verlagerten Manipulator angeordneten Niederhalters erhöht wird, um ein Nachrutschen, Glätten, Ausziehen und/oder eine Beeinflussung der Scherfestigkeit mithilfe des verlagerten Manipulators zu ermöglichen. Auch hierbei ist es möglich, dass alternativ oder zusätzlich mindestens ein Niederhalter in einem anderen, insbesondere – entlang des Faserhalbzeugs gesehen – gegenüberliegenden Bereich desselben bezüglich seiner Haltekraft erhöht wird, insbesondere um lokale Spannungen beziehungsweise eine lokale Scherfestigkeit in dem Faserhalbzeug zu beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich ist es weiterhin möglich, die Haltekraft mindestens eines ersten Niederhalters zu erhöhen und zugleich die Haltekraft mindestens eines zweiten Niederhalters zu reduzieren, während mindestens ein Manipulator verlagert wird.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher die Haltekraft aller Niederhalter nach einer Verlagerung des mindestens einen Manipulators wieder auf einen zum Fixieren des Faserhalbzeugs vorgesehenen Wert gebracht wird, sodass alle Niederhalter das Faserhalbzeug mit der dafür vorgesehenen Haltekraft fixieren. Das Faserhalbzeug wird dann drapiert, während es durch alle Niederhalter fixiert wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere möglich, weil ausgehend von dem vordrapierten Zustand zu dem drapierten Zustand hin nur noch eine geringfügige Verlagerung beziehungsweise lokale Verformung des Faserhalbzeugs erfolgt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Haltekraft zumindest eines Niederhalters auch beim Drapieren erhöht oder reduziert wird, um lokal gezielt einen Einzug des Faserhalbzeugs zu bestimmen.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Faserhalbzeug nach dem Ergreifen durch die Manipulatoren und vor dem Verlagern des mindestens einen Manipulators in mindestens einem Bereich angeschnitten wird. Hierdurch ist es möglich, gezielt Verspannungen in lokal definierten Bereichen des Faserhalbzeugs zu vermeiden. Insbesondere wird bevorzugt mindestens ein Entlastungsschnitt in einem Umfangsbereich des Faserhalbzeugs eingebracht. Vorzugsweise wird das Faserhalbzeug in mindestens einem Bereich angeschnitten, der zwischen zwei Manipulatoren angeordnet ist. So kann insbesondere eine Verspannung im Bereich der Manipulatoren vermieden werden, insbesondere, wenn benachbarte Manipulatoren relativ zueinander verlagert werden.
Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass gezielt in Bereichen des Faserhalbzeugs Manipulatoren verlagert werden, in denen Falten beim Vordrapieren auftreten, oder in denen die Gefahr einer Faltenbildung beim Drapieren besteht. Alternativ oder zusätzlich wird gezielt in solchen Bereichen des Faserhalbzeugs die Haltekraft von Niederhaltern erhöht oder reduziert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird also erkannt, dass beim Vordrapieren Falten in bestimmten Bereichen des Faserhalbzeugs auftreten, beziehungsweise es werden solche Bereiche identifiziert, in denen beim Vordrapieren Falten aufgetreten sind. Durch die Manipulation des Faserhalbzeugs insbesondere durch eine Kombination einer Verlagerung mindestens eines Manipulators mit einer Erhöhung oder Reduzierung einer Haltekraft mindestens eines Niederhalters ist es möglich, beim Vordrapieren entstandene Falten vor dem Drapieren gezielt zu entfernen und die entsprechenden Bereiche des Faserhalbzeugs zu glätten. Alternativ oder zusätzlich ist es bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, Bereiche zu identifizieren, in denen nach dem Vordrapieren die Gefahr einer Faltenbildung beim Drapieren besteht, wobei durch entsprechende Manipulation des Faserhalbzeugs unter Verlagerung mindestens eines Manipulators und vorzugsweise Erhöhung oder Reduktion der Haltekraft mindestens eines Niederhalters gezielt lokal das Drapierverhalten durch Induzierung von Membranspannungen und damit einer lokalen Variation der Scherfestigkeit des Faserhalbzeugs so eingestellt wird, dass es beim Drapieren nicht zu einer Faltenbildung kommt.
Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass das Faserhalbzeug auf der Ablagefläche durch eine Mehrzahl von Greifern einer Handhabungsvorrichtung abgelegt wird. Die Handhabungsvorrichtung ist generell zur Verlagerung des Faserhalbzeugs vorgesehen, insbesondere um es von einem außerhalb des Drapierwerkzeugs angeordneten Bereich in das Drapierwerkzeug zu verlagern beziehungsweise einzubringen. Dabei wird das Faserhalbzeug bevorzugt solange von den Greifern gehalten, bis es durch die Niederhalter auf der Ablagefläche fixiert ist. Hierdurch kann ein Erschlaffen oder Durchhängen des biegeschlaffen Faserhalbzeugs vermieden werden. Das Faserhalbzeug bleibt also vorzugsweise während des gesamten Prozesses gespannt. Die Greifer werden demnach bevorzugt erst gelöst, und die Handhabungsvorrichtung wird vorzugsweise erst von dem Faserhalbzeug weg verlagert, wenn dieses sicher und fest durch die Niederhalter auf der Ablagefläche fixiert ist.
Vorzugsweise wird die gleiche Handhabungsvorrichtung nach dem Drapieren verwendet, um den Vorformling aus dem Drapierwerkzeug zu entfernen.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen mit den Merkmalen des Anspruchs 6 geschaffen wird. Die Vorrichtung weist ein Drapierwerkzeug auf, das ein Ober- und ein Unterwerkzeug umfasst. Dabei ist eine Relativverlagerung zwischen dem Ober- und dem Unterwerkzeug möglich, sodass das Drapierwerkzeug in eine Offenstellung, in der das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug maximal voneinander entfernt angeordnet sind, und in eine Schließstellung, in der das Ober- und das Unterwerkzeug maximal aufeinander zu verlagert sind, bringbar ist. Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist hierzu das Oberwerkzeug verlagerbar ausgebildet. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist das Unterwerkzeug verlagerbar ausgebildet. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sind sowohl das Ober- als auch das Unterwerkzeug verlagerbar ausgebildet, wobei sie insbesondere aufeinander zu verlagert werden können. Es ist eine Spanneinrichtung zum Spannen des Faserhalbzeugs während des Drapierens vorgesehen. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Drapierwerkzeug in eine Vorschließstellung bringbar ist. Es existiert also neben der Offenstellung und der Schließstellung eine dritte, dazwischen angeordnete Position, in der ein Kavität, die zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug ausgebildet ist, noch nicht ihr minimales Volumen annimmt. Bevorzugt ist allerdings das Drapierwerkzeug in der Vorschließstellung nahezu geschlossen, sodass ein in der Kavität angeordnetes Faserhalbzeug in dieser Werkzeugstellung bereits vorgeformt ist, mithin durch die Werkzeughälften derart verformt, insbesondere von dem Oberwerkzeug gegen das Unterwerkzeug gedrängt wird, dass es bereits annähernd seine endgültige, dem Vorformling entsprechende Form annimmt. Dabei wirken allerdings geringere Kräfte auf das Faserhalbzeug als beim tatsächlichen Drapieren in der Schließstellung des Drapierwerkzeugs. Die Spanneinrichtung weist eine Mehrzahl von Niederhaltern auf, die zum Fixieren des Faserhalbzeugs vorgesehen sind. Dabei sind die Niederhalter segmentartig im Bereich eines äußeren Umfangs des Drapierwerkzeugs angeordnet. Weiterhin weist die Vorrichtung eine Vielzahl von verlagerbaren Manipulatoren auf, die zum Greifen und Manipulieren des Faserhalbzeugs vorgesehen sind. Die Manipulatoren sind ebenfalls segmentartig im Bereich eines äußeren Umfangs des Drapierwerkzeugs angeordnet. Dabei sind sie – von einem Zentrum des Drapierwerkzeugs aus gesehen – vor oder hinter den Niederhaltern angeordnet, also quasi von einem Inneren des Drapierwerkzeugs aus gesehen in erster oder in zweiter Reihe. Die Niederhalter und die Manipulatoren sind einzeln ansteuerbar. Auf diese Weise ist es möglich, lokal eine Haltekraft von mindestens einem Niederhalter zu verändern, insbesondere zu erhöhen oder zu reduzieren. Zugleich ist es möglich, durch Verlagerung mindestens eines Manipulators lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug zu verändern. Insbesondere können auf diese Weise Membranspannungen in dem Faserhalbzeug lokal erhöht oder auch erniedrigt werden. Dadurch kann insgesamt die Drapierbarkeit beziehungsweise Scherfestigkeit des Faserhalbzeugs gezielt lokal beeinflusst werden. Hierdurch ergeben sich die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie mindestens ein Schneidelement zum Anschneiden des Faserhalbzeugs umfasst. Hierdurch sind – wie bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren ausgeführt – Entlastungsschnitte in das Faserhalbzeug einbringbar, um Verspannungen desselben zu vermeiden. Das mindestens eine Schneidelement ist bevorzugt zwischen zwei Manipulatoren angeordnet, um gerade in diesem Bereich Verspannungen durch einen Entlastungsschnitt vermeiden zu können, insbesondere wenn die benachbarten Manipulatoren relativ zueinander verlagert werden. Bevorzugt umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl von Schneidelementen, die besonders bevorzugt einzeln ansteuerbar sind. Insbesondere ist vorzugsweise in jedem Zwischenraum zwischen zwei Manipulatoren ein Schneidelement angeordnet, welches einzeln ansteuerbar ist, sodass gezielt Entlastungsschnitte zwischen ausgewählten Manipulatorpaaren in das Faserhalbzeug eingebracht werden können.
Es wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Vielzahl der Manipulatoren gleich der Mehrzahl der Niederhalter ist. Es sind also bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung genauso viele Manipulatoren vorgesehen, wie Niederhalter von der Vorrichtung umfasst sind. Dabei ist vorzugsweise jedem Niederhalter ein Manipulator zugeordnet, sodass jeweils Paare von Niederhaltern und Manipulatoren gebildet sind. Vorzugsweise sind dabei die Niederhalter und die Manipulatoren paarweise hintereinander angeordnet. Diese Anordnung von Manipulatoren einerseits und Niederhaltern andererseits ermöglicht in besonders geeigneter Weise ein Zusammenspiel dieser Elemente, um so sehr flexibel eine lokale Beeinflussung des Drapierverhaltens und insbesondere der Scherfestigkeit des Faserhalbzeugs durch gezielte Induktion von Membranspannungen zu ermöglichen.
Es wird auch eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass jeder Manipulator einen Greifer und ein Betätigungselement umfasst. Der Greifer ist zum Greifen des Faserhalbzeugs ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, dass der Greifer als Klemme ausgestaltet ist. Das Betätigungselement ist mit dem Greifer derart wirkverbunden, dass der Greifer durch das Betätigungselement verlagerbar ist. Be einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist das Betätigungselement vertikal verlagerbar. Es wird ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung bevorzugt, bei welcher der Greifer ebenfalls vertikal verlagerbar ist. In diesem Fall ist es möglich, dass der Greifer unmittelbar an dem Betätigungselement befestigt ist, sodass er mit diesem gemeinsam vertikal verlagerbar ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist vorgesehen, dass der Greifer horizontal verlagerbar ist. Vorzugsweise ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Betätigungselement vertikal verlagerbar ist. In diesem Fall ist der Greifer mittelbar über eine Umlenkeinrichtung mit dem Betätigungselement wirkverbunden, wobei die vertikale Verlagerung des Betätigungselements durch die Umlenkeinrichtung in eine horizontale Verlagerung des Greifers umgesetzt wird. Eine horizontale Verlagerung spricht insbesondere eine Verlagerung in einer Richtung an, die in oder parallel zu einer Mittelebene des Drapierwerkzeugs liegt. Vorzugsweise entspricht dabei die horizontale Verlagerung einer Verlagerung senkrecht zur Gravitationsrichtung. Eine vertikale Verlagerung spricht insbesondere eine Verlagerung in einer Richtung an, die senkrecht auf einer Mittelebene des Drapierwerkzeugs steht und insbesondere parallel zu einer Richtung verläuft, in welcher das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug relativ zueinander von der Offenstellung in die Schließstellung beziehungsweise umgekehrt verlagerbar sind. Vorzugsweise ist die vertikale Richtung dabei parallel zu der Gravitationsrichtung orientiert.
Schließlich wird eine Vorrichtung bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass verschiedene Manipulatoren zum Ergreifen verschiedener Faserlagen eines mehrlagigen Faserhalbzeugs vorgesehen sind. Umfasst also das Faserhalbzeug mehrere Faserlagen, ist es möglich, den einzelnen Faserlagen verschiedene Gruppen von Manipulatoren zuzuordnen. Damit ist eine lagenindividuelle Beeinflussung der Drapierbarkeit des Faserhalbzeugs durch gezielte Ansteuerung insbesondere einzelner Manipulatoren oder einzelner Gruppen von Manipulatoren möglich.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits und der Vorrichtung andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich durch mindestens einen Verfahrensschritt auszeichnet, der durch mindestens ein Merkmal der Vorrichtung, vorzugsweise Kombinationen hiervon, bedingt ist. Umgekehrt wird eine Vorrichtung bevorzugt, die mindestens ein Merkmal aufweist, welches durch mindestens einen Schritt des Verfahrens, vorzugsweise Kombinationen hiervon, bedingt ist. Insbesondere sind die in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen Merkmale einzeln oder in Kombination miteinander bevorzugte Merkmale eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Ebenso sind die in Zusammenhang mit der Vorrichtung beschriebenen Verfahrensschritte einzeln oder in Kombination miteinander bevorzugt Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
Die Erfindung, insbesondere die Vorrichtung und das Verfahren, wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der Vorrichtung;
2 eine schematische Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
3A eine schematische Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung vor einer Verlagerung eines Manipulators;
3B eine schematische Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels gemäß 3A nach einer Verlagerung eines Manipulators;
4 eine schematische Schnittansicht eines Details eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, und
5 eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung.
1 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug. Dabei ist eine Spanneinrichtung 3 vorgesehen, die eine Mehrzahl von Niederhaltern umfasst, von denen der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich einer hier mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet ist. Es ist offensichtlich, dass die Niederhalter 5 segmentartig um ein in 1 nicht dargestelltes Drapierwerkzeug beziehungsweise um ein Faserhalbzeug 7 herum angeordnet sind, nämlich im Bereich eines äußeren Umfangs des Faserhalbzeugs 7 beziehungsweise des Drapierwerkzeugs.
Weiterhin umfasst die Spanneinrichtung 3 eine Vielzahl von Manipulatoren, von denen der besseren Übersichtlichkeit halber wegen hier lediglich einer mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet ist. Wie die Niederhalter 5 sind auch die Manipulatoren 9 segmentartig im Bereich eines äußeren Umfangs des Drapierwerkzeugs beziehungsweise des Faserhalbzeugs 7 angeordnet. Dabei sind die Manipulatoren 9 bei dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel – von einem Zentrum des Faserhalbzeugs 7 beziehungsweise des Drapierwerkzeugs aus gesehen – hinter den Niederhaltern 5 angeordnet.
Die konkrete Anordnung der Niederhalter 5 und der Manipulatoren 9 ist vorzugsweise auf eine äußere Kontur des Faserhalbzeugs 7 abgestimmt. Weist das Faserhalbzeug 7 beispielsweise eine Rechteckform auf, sind vorzugsweise auch die Niederhalter 5 und die Manipulatoren 9 in Form eines Rechtecks im Bereich des äußeren Umfangs des Faserhalbzeugs 7 angeordnet. In analoger Weise ist beispielsweise eine kreisförmige oder ovale Anordnung möglich. Wie in 1 angedeutet, ist jedoch auch eine Freiform, mithin eine beliebige Anordnung der Manipulatoren 9 und der Niederhalter 5 vorzugsweise abgestimmt auf eine Freiform beziehungsweise beliebige Form des Faserhalbzeugs 7 möglich.
Durch gezielte Ansteuerung einzelner Manipulatoren 9 beziehungsweise Niederhalter 5 ist es möglich, nach Art einer Matrix oder Tabelle verschiedene Bereiche der Oberfläche des Faserhalbzeugs 7 anzusprechen, insbesondere in Hinblick auf ihre Scherfestigkeit und das Drapierverhalten zu verändern. Die segmentartig um das Faserhalbzeug 7 herum angeordneten Niederhalter 5 und Manipulatoren 9 spannen dabei quasi ein Koordinatensystem auf, wobei bestimmten Oberflächenbereichen des Faserhalbzeugs 7 bestimmten Kombinationen von Niederhaltern 5 und/oder Manipulatoren 9 zugeordnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist eine Anzahl von Niederhaltern 5 vorgesehen, die sich von der Anzahl an Manipulatoren 9 unterscheidet. Es wird allerdings ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 bevorzugt, bei welchem genau gleich viele Manipulatoren 9 wie Niederhalter 5 vorgesehen sind. Dabei sind diese einander bevorzugt paarweise zugeordnet, wobei vor oder – ähnlich wie in 1 – hinter jedem Niederhalter 5 genau ein Manipulator 9 angeordnet ist.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist jeweils zwischen zwei Manipulatoren 9 ein Schneidelement angeordnet, wobei von den Schneidelementen hier der besseren Übersichtlichkeit wegen lediglich eines mit dem Bezugszeichen 11 gekennzeichnet ist. Das Schneidelement 11 ist vorzugsweise als Messer ausgebildet. Es ist möglich, mithilfe der Schneidelemente 11 das Faserhalbzeug 7 im Bereich zwischen den Manipulatoren 9 anzuschneiden, beziehungsweise hier Entlastungsschnitte einzubringen, um eine Verspannung des Faserhalbzeugs 7 zu vermeiden. Dies ist besonders bevorzugt für den Fall vorgesehen, dass sich zwei benachbarte Manipulatoren 9 relativ zueinander verlagern.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Vorrichtung 1 weist ein Drapierwerkzeug 13 auf, welches ein Oberwerkzeug 15 und ein Unterwerkzeug 17 umfasst. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Oberwerkzeug 15 relativ zu dem Unterwerkzeug 17 derart verlagerbar, dass das Drapierwerkzeug 13 eine Offenstellung, eine Schließstellung und eine Vorschließstellung einnehmen kann. Dabei ist es in der Offenstellung möglich, das Faserhalbzeug 7 in das Drapierwerkzeug 13 einzubringen, oder den fertigen Vorformling aus dem Drapierwerkzeug 13 zu entnehmen. Das Drapierwerkzeug 13 ist in 2 in seiner Offenstellung dargestellt. In der Schließstellung sind das Oberwerkzeug 15 und das Unterwerkzeug 17 maximal aufeinander zu verlagert, sodass eine Kavität zwischen dem Oberwerkzeug 15 und dem Unterwerkzeug 17 ein zum Drapieren vorgesehenes, minimales Volumen einnimmt. Dabei wird das Faserhalbzeug 7 von dem Oberwerkzeug 15 auf einer in dem Unterwerkzeug 17 vorgesehenen Kontur 19 drapiert, mithin dreidimensional umgeformt. Das Oberwerkzeug 15 weist eine entsprechende, formnegative Kontur 21 auf.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 sind die Niederhalter 5 in das Oberwerkzeug 15 integriert, insbesondere in diesem geführt.
Das Drapierwerkzeug 13 ist außerdem in eine Vorschließstellung bringbar, in der das Oberwerkzeug 15 und das Unterwerkzeug 17 nahezu maximal aufeinander zu verlagert sind, sodass das Faserhalbzeug 7 bereits in seine spätere Form gedrängt wird, wobei die Kavität noch nicht vollständig geschlossen ist, sodass das Faserhalbzeug 7 noch nicht vollständig seine endgültige Form einnimmt beziehungsweise noch nicht mit der maximalen, beim Drapieren wirkenden Kraft belastet wird.
Die Manipulatoren 9 weisen einen Greifer 23 auf, der zum Greifen des Faserhalbzeugs 7 ausgebildet ist, wobei er bevorzugt als Klemme ausgestaltet sein kann. Der Greifer 23 ist mit einem Betätigungselement 25 wirkverbunden und durch das Betätigungselement 25 verlagerbar.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Unterwerkzeug 17 eine Ablagefläche 27 auf, auf der das Faserhalbzeug 7 zu Beginn des Verfahrens abgelegt wird.
Anhand von 2 wird im Folgenden eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens näher erläutert:
Zunächst wird das Faserhalbzeug 7 mithilfe einer Handhabungsvorrichtung auf der Ablagefläche 27 abgelegt, wobei es von einer Mehrzahl von Greifern der Handhabungsvorrichtung gehalten wird. Insbesondere wird das Faserhalbzeug 7 von den Greifern der Handhabungsvorrichtung gespannt, sodass es, obwohl es biegeschlaff ist, nicht durchhängt. Die Greifer und die Handhabungsvorrichtungen sind in 2 nicht dargestellt. Nach dem Ablegen des Faserhalbzeugs 7 auf der Ablagefläche 27 werden die Niederhalter 5 verfahren, sodass sie das Faserhalbzeug 7 fixieren, indem sie eine Anpresskraft in dieses einleiten, wobei die Ablagefläche 27 als Widerlager dient. Die Greifer der Handhabungsvorrichtung halten das Faserhalbzeug 7 solange, bis dieses sicher und fest durch die Niederhalter 5 fixiert ist. Danach geben sie es frei, wobei die Handhabungsvorrichtung vorzugsweise von dem Faserhalbzeug weg verlagert wird.
Im Gegensatz zu der Prinzipdarstellung von 2, welche das Funktionsprinzip der Vorrichtung 1, nicht jedoch einen konkreten Verfahrensschritt darstellt, greifen die Manipulatoren 9 zu diesem Zeitpunkt das Faserhalbzeug 7 noch nicht.
Wenn das Faserhalbzeug 7 durch die Niederhalter 5 fixiert ist, wird das Drapierwerkzeug 13 in der Vorschließstellung angeordnet, wobei das Oberwerkzeug 15 eine Vordrapierung des Faserhalbzeugs 7 auf dem Unterwerkzeug 17 bewirkt. Erst danach greifen bevorzugt die Manipulatoren 9 mit den Greifern 23 das Faserhalbzeug 7 – bei dem ersten Ausführungsbeispiel – in einem Bereich hinter den Niederhaltern 5 beziehungsweise quasi radial außerhalb des Bereichs der Niederhalter 5. Dabei üben die Greifer 23 vorzugsweise eine Anpresskraft auf das Faserhalbzeug 7 auf. Besonders bevorzugt ist das Faserhalbzeug 7 in die Greifer 23 geklemmt.
Das Faserhalbzeug 7 wird nun, während es von den Niederhaltern 5 und den Manipulatoren 9 gehalten wird, zumindest bereichsweise mithilfe der in 2 nicht dargestellten Schneidelemente 11 angeschnitten.
Vorzugsweise werden zuvor Bereiche bestimmt, in denen entweder bereits beim Vordrapieren Falten entstanden sind, oder in denen eine Gefahr der Faltenbildung beim Drapieren droht. Es wird dann bevorzugt festgelegt, welche Manipulatoren 9 verlagert werden sollen und/oder welche Niederhalter 5 angesteuert werden sollen, um deren Haltekraft zu verändern, bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise zu reduzieren. Es wird demnach insbesondere bevorzugt festgelegt, in welchen Bereichen des Faserhalbzeugs 7 gezielt Membranspannungen induziert oder verringert werden sollen, beziehungsweise in welchen Bereichen des Faserhalbzeugs 7 dessen Drapierverhalten oder Scherfestigkeit gezielt verändert werden soll. Ist dies festgelegt, ist es auch möglich zu bestimmen, in welchen Bereichen – vorzugsweise zwischen den Manipulatoren – Verspannungen auftreten, insbesondere wenn benachbarte Manipulatoren relativ zueinander verlagert werden. Es werden dann vorzugsweise gezielt in diesen Bereichen Entlastungsschnitte mithilfe der Schneidelemente 11 in das Faserhalbzeug 7 eingebracht.
Alternativ ist es bei einer Ausführungsform des Verfahrens möglich, dass alle Schneidelemente 11 angesteuert werden, sodass jedes der Schneidelemente 11 einen Entlastungsschnitt in das Faserhalbzeug 7 einbringt.
Nun werden im Anschluss gezielt in für die Drapierbarkeit kritischen Bereichen des Faserhalbzeugs einzelne Niederhalter 5 und/oder Manipulatoren 9 angesteuert, sodass die einzelnen Manipulatoren 9 verlagert beziehungsweise die Haltekraft der einzelnen Niederhalter 5 verändern, hier vorzugsweise reduziert wird. Durch den Verfahrweg der verlagerten Manipulatoren 9 wird das Faserhalbzeug 7 entweder lokal weiter verspannt, wodurch zusätzliche Membranspannungen induziert werden, und wodurch die Scherfestigkeit lokal verstärkt wird, oder die Spannung in dem Faserhalbzeug wird lokal reduziert, sodass die Scherfestigkeit abnimmt. Dabei wird ebenfalls über den Verfahrweg der Manipulatoren 9 ein Nachrutschen des Faserhalbzeugs 7 ermöglicht. Insbesondere werden bereits beim Vordrapieren ausgebildete Falten beseitigt. Ebenso werden besonders bevorzugt lokale Membranspannungen derart induziert, beziehungsweise die Scherfestigkeit und Drapierbarkeit des Faserhalbzeugs 7 wird derart lokal verändert, dass dieses sich beim Drapieren auch an Bereiche komplexer Geometrie der Kavität zwischen dem Oberwerkzeug 15 und dem Unterwerkzeug 17 ohne Faltenbildung oder anderweitig unzulässige Verformung anlegt.
Nach dem Verfahren der Manipulatoren 9 werden die Niederhalter 5 bevorzugt derart angesteuert, dass sie sämtlich wieder ihre zur Fixierung des Faserhalbzeugs 7 vorgesehene Haltekraft aufbringen. Die durch Verlagerung der Manipulatoren 9 herbeigeführte Verteilung von Membranspannungen in dem Faserhalbzeug 7 wird auf diese Weise für den nachfolgenden Drapiervorgang fixiert.
Im Anschluss schließt das Drapierwerkzeug 13 vollständig, das Oberwerkzeug 15 und das Unterwerkzeug 17 werden also in die Schließstellung gebracht, wobei das Faserhalbzeug 7 drapiert und der Vorformling erzeugt wird.
Durch die sehr flexible Verfahrensführung ist dies sicher und reproduzierbar möglich, wobei belastungsgerechte Bauteileigenschaften verwirklicht werden.
Anhand von 2 zeigt sich noch, dass eine vertikale Richtung vorzugsweise der Verlagerungsrichtung des Oberwerkzeugs 15 relativ zu dem Unterwerkzeug 17 entspricht. Eine horizontale Richtung entspricht einer Richtung, die in der in 2 dargestellten Ebene des Faserhalbzeugs 7 beziehungsweise der Ablagefläche 27 liegt.
Es sind im Wesentlichen zwei Verlagerungen der Manipulatoren 9 möglich. 3 zeigt eine erste Alternative, bei welcher sowohl der Greifer 23 als auch das Betätigungselement 25 vertikal verlagert werden. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Dabei zeigt 3A eine schematische Detailansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1, in welcher ein Manipulator 9 in unverlagertem Zustand dargestellt ist. Das Betätigungselement 25 ist hier vorzugsweise als Betätigungskolben, besonders bevorzugt als Kolben einer pneumatischen oder hydraulischen Hubvorrichtung ausgebildet. Der als Klemme ausgebildete Greifer 23 klemmt das Faserhalbzeug 7, wobei dieses in der Darstellung gemäß 3A zugleich durch den Niederhalter 5 fixiert wird.
In 3B ist der Manipulator 9 in verlagertem Zustand dargestellt. Dabei wird deutlich, dass sich das Betätigungselement 25 und der Greifer 23 im Vergleich zu 3A in vertikaler Richtung – hier konkret nach oben – verlagert haben. Insbesondere sind der Greifer 23 und das Betätigungselement 25 unmittelbar miteinander gekoppelt, sodass der Greifer 23 unmittelbar der Bewegung des Betätigungselements 25 folgt.
Bei dem Bewegungsablauf des Manipulators 9 von der in 3A dargestellten Position in die in 3B dargestellte Position werden zusätzliche Membranspannungen in dem Faserhalbzeug 7 induziert, insbesondere ergibt sich eine nach außen, also zu dem Manipulator 9 hin gerichtete Zugkraft auf das Faserhalbzeug 7.
Der Niederhalter 5 wird hier vorzugsweise derart angesteuert, dass seine Haltekraft reduziert wird, um ein Nachrutschen beziehungsweise Ausziehen des Faserhalbzeugs 7 bei der Bewegung des Manipulators 9 zu ermöglichen. Nachdem die Verlagerung des Manipulators 9 beendet ist, bringt der Niederhalter 5 vorzugsweise seine volle Haltekraft wieder auf, sodass die in dem Faserhalbzeug 7 induzierten Membranspannungen fixiert werden. Anschließend erfolgt – wie bereits beschrieben – der Drapiervorgang.
4 zeigt eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 1 in schematischer Schnittdarstellung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Hierbei wird eine alternative Kopplung zwischen dem Greifer 23 und dem Betätigungselement 25 verwirklicht, wobei der Greifer 23 horizontal verlagerbar ist, während das Betätigungselement 25 wiederum vertikal verlagerbar ist. Auch hierbei ist das Betätigungselement 25 vorzugsweise als Kolben einer hydraulischen oder pneumatischen Hubvorrichtung ausgebildet. Es ist eine Kopplungseinrichtung 29 vorgesehen, durch welche das Betätigungselement 25 mit dem Greifer 23 derart wirkverbunden ist, dass eine vertikale Bewegung des Betätigungselements 25 in eine horizontale Bewegung des Greifers 23 umgesetzt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Koppeleinrichtung 29 hierzu einen Betätigungsstift 31, der relativ zu dem Betätigungselement 25 fixiert und insbesondere an diesem befestigt oder einstückig mit diesem ausgebildet ist. Die Koppeleinrichtung 29 umfasst außerdem eine Betätigungsausnehmung 33, die in dem Greifer 23 angeordnet ist, und in welche der Betätigungsstift 31 eingreift. Der Betätigungsstift 31 ist insbesondere formschlüssig in der Betätigungsausnehmung 33 aufgenommen. Eine Längsachse des Betätigungsstifts 31 und der Betätigungsausnehmung 33 fallen zusammen, wobei die gemeinsame Längsachse einen ersten, von Null verschiedenen Winkel zu der vertikalen Bewegungsrichtung des Betätigungselements 25 und einen zweiten, ebenfalls von Null verschiedenen Winkel zu der horizontalen Bewegungsrichtung des Greifers 23 aufweist.
Der Betätigungsstift 31 ist verlagerbar in der Betätigungsausnehmung 33 aufgenommen. Insgesamt wird so eine Art Keilgetriebe verwirklicht, wobei eine gleitende Vertikalbewegung des Betätigungsstifts 31 in der Betätigungsausnehmung 33 eine Horizontalbewegung des Greifers 23 bewirkt. Konkret wird in 4 der Greifer 23 nach rechts gelenkt, wenn das Betätigungselement 25 und damit der Betätigungsstift 31 nach oben verlagert wird. Umgekehrt wird der Greifer 23 nach links verlagert, wenn das Betätigungselement 25 und damit der Betätigungsstift 31 nach unten verlagert wird.
Der Greifer 23 ist in einem Gehäuse 35 des Manipulators 9 derart gelagert, dass er in horizontaler Richtung gleiten kann, aber in vertikaler Richtung fixiert ist. So können die durch das Betätigungselement 25 ausgeübten Kräfte abgestützt und in eine Horizontalbewegung umgewandelt werden.
Durch horizontale Verlagerung des Greifers 23 ist es möglich, eine Spannung in dem Faserhalbzeug 7 zu erhöhen oder zu erniedrigen, abhängig von der Bewegungsrichtung des Greifers 23. Ein Nachrutschen, insbesondere ein Einziehen oder Ausziehen des Faserhalbzeugs 7 wird bevorzugt ermöglicht, indem die Haltekraft des Manipulators 5 reduziert wird.
5 zeigt eine schematische Seitenansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel insbesondere dadurch, dass hier die Manipulatoren 9 – von einem Zentrum des Faserhalbzeugs 7 aus gesehen – vor den Niederhaltern 5 angeordnet sind.
5a) zeigt das Drapierwerkzeug 13 in einer Ausgangslage, in welcher das Faserhalbzeug 7 vorzugsweise mithilfe der Handhabungsvorrichtung auf dem Unterwerkzeug 17 abgelegt ist. Alternativ ist es auch möglich, dass das Faserhalbzeug mithilfe der Handhabungsvorrichtung in einem Abstand zu dem Unterwerkzeug 17 in gespanntem Zustand gehalten wird.
5b) zeigt den Schritt des Vordrapierens, wobei das Faserhalbzeug 7 durch die Niederhalter 5 fixiert wird, und wobei das Drapierwerkzeug 13 in seiner Vorschließstellung angeordnet wird. Dabei bewirkt das Oberwerkzeug 15 in bereits beschriebener Weise eine Vordrapierung des Faserhalbzeugs 7 auf dem Unterwerkzeug 17. Hierbei wirken verschiedene Kräfte auf das Faserhalbzeug 7. Eine Werkzeugkraft F_W wird durch das Oberwerkzeug 15 auf das Faserhalbzeug 7 ausgeübt, um dieses in der zwischen dem Oberwerkzeug 15 und dem Unterwerkzeug 17 ausgebildeten Kavität vorzudrapieren.
Zugleich üben die Niederhalter 5 Halte- oder Fixierkräfte auf das Faserhalbzeug 7 aus. Bei der Darstellung gemäß 5b) übt der links dargestellte Niederhalter 5 eine erste Haltekraft F_N1 aus, während der rechts dargestellte Niederhalter 5 eine zweite Haltekraft F_N2 ausübt. Es ist möglich, dass die erste Haltekraft und die zweite Haltekraft identisch sind. Insbesondere ist es möglich, dass alle Niederhalter 5 eine identische Halte- oder Fixierkraft auf das Faserhalbzeug 7 ausüben. Alternativ ist es möglich, dass verschiedene Niederhalter 5 verschiedene Halte- oder Fixierkräfte ausüben. Insbesondere ist es möglich, dass bei dem Ausführungsbeispiel beziehungsweise der Ausführungsform gemäß 5b) die Haltekräfte F_N1 und F_N2 verschieden sind.
Es zeigt sich insbesondere, dass die sequenzierten, also segmentartig angeordneten Niederhalter 5 es ermöglichen, lokal angepasste Membranspannungen in dem Faserhalbzeug 7 zu erzeugen. Hierdurch kann ein Materialeinzug und eine Verscherung des Faserhalbzeugs 7 insbesondere beim Vordrapieren beeinflusst werden. Dabei zeigt sich, dass lokal geometrisch komplexere Bereiche der vorzudrapierenden Form einen höheren Materialeinzug erfordern als geometrisch einfachere Bereiche. Es ist daher insbesondere möglich, die Haltekraft von Niederhaltern 5 im Bereich komplexerer Geometrie geringer zu wählen als im Bereich weniger komplexer Geometrie. Angewendet auf die Darstellung gemäß 5b) bedeutet dies, dass beispielsweise die zweite Haltekraft F_N2 im Bereich des rechten Niederhalters 5 geringer gewählt wird als die erste Haltekraft F_N1 des linken Niederhalters 5, weil auf der rechten Seite von 5b) eine komplexere geometrische Struktur beim Vordrapieren erzeugt wird als auf der linken Seite, sodass auf der rechten Seite ein höherer Materialeinzug nötig ist.
5c) zeigt, dass insbesondere nach dem Vordrapieren einzelne Manipulatoren 9, hier insbesondere der rechte Manipulator 9 verlagert werden, um die Scherfestigkeit des Faserhalbzeugs 7 lokal zu beeinflussen und/oder um beim Vordrapieren entstandene oder beim Drapieren entstehende Falten auszuziehen.
Dabei wird bei dem in 5 dargestellten, dritten Ausführungsbeispiel der in einem Bereich vor dem Niederhalter 5 beziehungsweise quasi radial innerhalb des Bereichs der Niederhalter 5 angeordnete, rechte Manipulator 9 in vertikaler Richtung um einen Hubweg Δx verlagert. Zugleich wird hier vorzugsweise die Haltekraft des rechten Niederhalters 5 erhöht, sodass dieser eine dritte Haltekraft F_N2A aufbringt, wodurch er das Faserhalbzeug 7 mit hoher Haltekraft fixiert. Hierdurch ist es möglich, dass der Manipulator 9 durch seine Verlagerung das Faserhalbzeug 7 entlang eines Pfeils P auszieht, somit gegebenenfalls entstandene Falten glättet und/oder die Scherfestigkeit des Faserhalbzeugs 7 lokal derart verändert, dass beim Drapieren keine Falten auftreten. Der linke Niederhalter 5 übt dabei seine übliche, auch für die Vordrapierung verwendete, erste Haltekraft F_N1 auf das Faserhalbzeug 7 aus. Ebenso übt das Oberwerkzeug 15 die auch zum Vordrapieren eingesetzte Werkzeugkraft F_W auf das Faserhalbzeug 7 aus.
Es zeigt sich, dass ein Wechselspiel besteht zwischen den Kräften, die durch die Niederhalter 5, das Oberwerkzeug 15 und die Manipulatoren 9 aufgebraucht werden. Dieses wird vorzugsweise genutzt, indem die einzelnen Kräfte bedarfsgerecht und lokal derart gewählt werden, dass ein optimales Drapierergebnis erreicht wird.
Es zeigt nicht noch, dass die Manipulatoren 9 bei dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 5 keine Greifer umfassen, sondern lediglich Stempel, durch deren Vertikalbewegung das Faserhalbzeug 7 lokal angehoben werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, bei einem analog zur 5 ausgebildeten Ausführungsbeispiel Manipulatoren 9 vorzusehen, welche Greifer umfassen, wobei diese bevorzugt in vertikaler oder in horizontaler Richtung verlagerbar sind.
Nach der Manipulation werden vorzugsweise alle Niederhalter 5 wieder auf ihre zum Drapieren vorgesehene Haltekraft gebracht. Dies bedeutet hier für den rechten Niederhalter 5, dass dessen Haltekraft vorzugsweise nach der Manipulation und vor dem eigentlichen Drapieren wieder von der erhöhten Haltekraft F_N2A auf die zweite Haltekraft F_N2 reduziert wird.
Insgesamt zeigt sich, dass es mithilfe des Verfahrens und der Vorrichtung auf platzsparende und reproduzierbare Weise möglich ist, das Faserhalbzeug 7 nach dem Vordrapieren nachträglich zu manipulieren und so insbesondere bereits beim Vordrapieren entstandene Falten zu entfernen. Weiterhin ist es möglich, die Scherfestigkeit und damit Drapierbarkeit des Faserhalbzeugs 7 vor dem eigentlichen Drapieren derart lokal zu beeinflussen, dass ein reproduzierbares, von unzulässigen Verformungen freies Drapieren insbesondere ohne Faltenbildung möglich ist. Dabei kann die konkrete Ausbildung der Vorrichtung 1 ohne Weiteres durch entsprechende Anordnung der Niederhalter 5 und der Manipulatoren 9 an eine konkrete Kontur des Faserhalbzeugs 7 angepasst werden. Auch ist eine Mehrlagendrapierung möglich, indem verschiedene Manipulatoren 9 für verschiedene Faserlagen eines mehrlagigen Faserhalbzeugs 7 vorgesehen werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings aus einem Faserhalbzeug (7) mit folgenden Schritten: Ablegen eines Faserhalbzeugs (7) auf einer Ablagefläche (27); Fixieren des Faserhalbzeugs (7) auf der Ablagefläche (27) mit einer Mehrzahl entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs (7) segmentartig angeordneter Niederhalter (5); Vordrapieren des Faserhalbzeugs (7) in einer Kavität eines Drapierwerkzeugs (13) zwischen einem Unterwerkzeug (17) und einem Oberwerkzeug (15), indem das Unterwerkzeug (17) und/oder das Oberwerkzeug (15) derart verlagert wird/werden, dass das Drapierwerkzeug (13) in eine Vorschließstellung gebracht wird; Ergreifen des Faserhalbzeugs durch eine Vielzahl von Manipulatoren (9), die entlang eines Umfangs des Faserhalbzeugs (7) segmentartig – von einem Zentrum des Faserhalbzeugs (7) aus gesehen – vor oder hinter den Niederhaltern (5) angeordnet sind; Verlagern mindestens eines Manipulators (9), wobei lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug (7) verändert werden, und Drapieren des Faserhalbzeugs (7) und Herstellen des Vorformlings, indem das Drapierwerkzeug (13) in eine Schließstellung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Haltekraft mindestens eines Niederhalters (5) erhöht oder reduziert wird, während der mindestens eine Manipulator (9) verlagert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (7) nach dem Ergreifen durch die Manipulatoren (9) und vor dem Verlagern des mindestens einen Manipulators (9) in mindestens einem vorzugsweise zwischen zwei Manipulatoren (9) angeordneten Bereich angeschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gezielt in Bereichen des Faserhalbzeugs (7) Manipulatoren (9) verlagert und/oder die Haltekraft von Niederhaltern (5) erhöht oder reduziert wird/werden, in denen Falten beim Vordrapieren auftreten oder in denen die Gefahr einer Faltenbildung beim Drapieren besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserhalbzeug (7) auf der Ablagefläche (27) durch eine Mehrzahl von Greifern einer Handhabungsvorrichtung abgelegt wird, die zur Verlagerung des Faserhalbzeugs (7) verwendet wird.
Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Drapierwerkzeug (13), das ein Ober- und ein Unterwerkzeug (15, 17) aufweist, wobei das Ober- und/oder das Unterwerkzeug (15, 17) relativ zueinander verlagerbar ist/sind, sodass das Drapierwerkzeug (13) in eine Offenstellung und in eine Schließstellung bringbar ist, und mit einer Spanneinrichtung (3) zum Spannen des Faserhalbzeugs (7) während des Drapierens, dadurch gekennzeichnet, dass das Drapierwerkzeug (13) in eine Vorschließstellung bringbar ist, und dass die Spanneinrichtung (3) eine Mehrzahl von segmentartig im Bereich eines äußeren Umfangs des Drapierwerkzeugs (13) angeordneten Niederhaltern (5) zum Fixieren des Faserhalbzeugs (7) und eine Vielzahl segmentartig im Bereich eines äußeren Umfangs des Drapierwerkzeugs (13) – von einem Zentrum desselben aus gesehen – vor oder hinter den Niederhaltern (5) angeordneten, verlagerbaren Manipulatoren (9) zum Greifen und Manipulieren des Faserhalbzeugs (7) umfasst, wobei die Niederhalter (5) und die Manipulatoren (9) jeweils einzeln ansteuerbar sind, sodass lokal eine Haltekraft von mindestens einem Niederhalter (5) veränderbar ist, wobei durch Verlagerung mindestens eines Manipulators (9) lokal Membranspannungen in dem Faserhalbzeug (7) veränderbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mindestens ein Schneidelement (11) zum Anschneiden des Faserhalbzeugs (7), wobei das Schneidelement (11) vorzugsweise zwischen zwei Manipulatoren (9) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Manipulatoren (9) gleich der Mehrzahl der Niederhalter (5) ist, wobei jedem Niederhalter (5) ein Manipulator (9) zugeordnet ist, und wobei die Niederhalter (5) und Manipulatoren (9) paarweise hintereinander angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Manipulator (9) einen Greifer (23) und ein Betätigungselement (25) umfasst, wobei der Greifer (23) zum Greifen des Faserhalbzeugs (7) ausgebildet ist, und wobei das Betätigungselement (25) mit dem Greifer (23) zu dessen Verlagerung wirkverbunden ist, wobei das Betätigungselement (25) vorzugsweise vertikal verlagerbar ist, und wobei der Greifer (23) vorzugsweise vertikal oder horizontal verlagerbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Manipulatoren (9) zum Ergreifen verschiedener Faserlagen eines mehrlagigen Faserhalbzeugs (7) vorgesehen sind.