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Die Erfindung betrifft ein Faserführungssystem zum Zuführen von Faserendlosmaterial von einem Fasermaterialvorratsspeicher zu einer von dem Fasermaterialvorratsspeicher entfernten und im Raum frei bewegbaren Verarbeitungseinheit, beispielsweise einem Faserablegekopf.
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Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, so genannte Faserverbundbauteile, sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich findet die Verwendung derartiger Werkstoffe immer mehr Zuspruch. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können Bauteile an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus.
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Ein Nachteil von Faserverbundwerkstoffen sind die gegenüber anderen, konventionellen Werkstoffen höheren Fertigungskosten, die sich meist dadurch ergeben, dass viele Herstellungs- bzw. Fertigungsschritte händisch durchgeführt werden müssen. Bei Großbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen ist daher eine zunehmende Automatisierung einzelner Fertigungsschritte zu beobachten, wie beispielsweise das automatisierte Legen der Fasern auf einem Werkzeug mittels Roboter. Dabei werden die Fasern bzw. Faserhalbzeuge durch einen Faserablegekopf auf dem Werkzeug abgelegt, der als Endeffektor an einem Roboterarm angeordnet ist. Während des Legens der Fasern auf dem Werkzeug wird dabei der Ablegekopf mit Hilfe des Roboters entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsmuster verfahren, so dass die Fasern auf dem Werkzeug entsprechend abgelegt werden können.
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Als Fasern bzw. Fasermaterial kommen insbesondere Faserendlosmaterialien mit einem flachen Profilquerschnitt, wie beispielsweise Towpreg, Slittape, Faserstränge, Rovings sowie Gelege- und Gewebestränge zum Einsatz. Das Fasermaterial muss dabei von einem feststehenden Fasermagazin bzw. Fasermaterialvorratsspeicher zu dem im Raum frei bewegbaren Ablegekopf (Verarbeitungseinheit) befördert bzw. transportiert werden. Aufgrund der freien Bewegbarkeit des Ablegekopfes im Raum verändert sich während des Ablegens der Fasern dabei allerdings ständig die Distanz und Richtung zwischen dem feststehenden Fasermaterialvorratsspeicher und dem Ablegekopf, so dass ungewollte Zugkräfte auf dem Fasermaterial bzw. Fasermaterialüberschuss (lose) entstehen können.
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Neben der klassischen Verwendung von Portalanlagen kommen im Faserlegeprozess vermehrt mehrachsige Bewegungsautomaten, wie beispielweise Gelenk- bzw. Knickarmroboter zum Einsatz, die eine höhere Flexibilität im Fertigungsprozess erlauben. Dabei sind die einzelnen Glieder eines derartigen Bewegungsautomaten über Linearführungen und/oder Drehgelenke zu einer kinematischen Kette miteinander verbunden, wobei insbesondere bei Industrierobotern zwischen einer oder mehreren Hauptachsen und den in der Nähe des Endeffektors vorgesehenen Kopfachsen (auch Nebenachsen genannt) unterschieden wird. Die Hauptachsen eines Industrieroboters ermöglichen dabei die freie Positionierung eines Endeffektors im Raum, während die Kopfachsen in erster Linie für die Orientierung des Werkzeuges zuständig sind und meist aus einer Reihe von Drehgelenken bestehen.
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Aufgrund der Bewegungsvielfalt, mit der die Endeffektoren in nahezu alle sechs Freiheitsgrade bewegt werden können, ergeben sich Probleme hinsichtlich der Zuführung der Endlosfasermaterialien von dem feststehenden Fasermaterialvorratsspeicher zu dem frei bewegbaren Ablegekopf. Dabei sollten starke Zugbelastungen auf den Fasermaterialien sowie Materialüberschuss in der Zuführungskette (lose) vermieden werden, um eine prozesssichere Zuführung der Fasermaterialien an den Faserablegekopf zu gewährleisten.
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So ist aus der
EP 2 117 818 B1 eine Faserlegeeinheit mit einem Faserspeicher, einem Roboter und einem Ablegekopf bekannt, bei dem das Fasermaterial mit Hilfe eines flexiblen Rohrleitungssystems zum Ablegekopf zugeführt wird. Die Fasermaterialien, die in dem Fasermagazin als Faserendlosmaterial bzw. Quasiendlosmaterial vorliegen, werden innerhalb des flexiblen Rohrleitungssystems transportiert, wobei der Innenraum des Rohrleitungssystems fluidbeaufschlagbar ist. Allerdings ergibt sich durch das geschlossene Röhrensystem der Nachteil, dass die Fasern bzw. Fasermaterialien an den Rohrinnenwänden während des Zuführens anliegen können und somit Reibung verursachen, was zu Beschädigungen der Fasern führen kann. Insbesondere bei starken Bewegungen und großen Abstandsänderungen zwischen Faserspeicher und Ablegekopf ist dies aufgrund der starken Biegung und Torsion des Röhrensystems zu befürchten.
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In der nachveröffentlichten
DE 10 2013 107 039.6 wird zum Zuführen eines Quasiendlosmaterials von einem Materialspeicher zu einem Verarbeitungsort einer Einrichtung erwähnt, die in Form einer Gliederkette ausgebildet ist, wobei das Quasiendlosmaterial darin über Rollen, die sich in den einzelnen Gliedern der Gliederkette befinden, geführt wird. Hierbei besteht jedoch der Nachteil, dass die Gliederkette mit Hilfe eines Tragsystems gehalten werden muss, um die sich ändernden Distanzen zwischen Ablegekopf und Fasermaterial ausgleichen zu können. Darüber hinaus führen starke Ausschläge aus der Nulllage zu starken Torsions- und Kippbewegungen der Gliederkette, die zu Reibungsbelastungen der Fasern an den Rollen führen können. Auch hier sind Beschädigungen der Fasern zu befürchten, welche die Prozesssicherheit des automatisierten Ablegeprozesses benachteiligen.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Faserführungssystem anzugeben, mit dem ein Faserendlosmaterial zu einer frei im Raum bewegbaren Verarbeitungseinheit geführt bzw. zugeführt werden kann, ohne dass es dabei zu größeren Beschädigungen an den Fasern kommt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Faserführungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
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Es wird ein Faserführungssystem zum Zuführen von Faserendlosmaterial von einem Fasermaterialvorratsspeicher zu einer von dem Fasermaterialvorratsspeicher entfernten und im Raum frei bewegbaren Verarbeitungseinheit vorgeschlagen, wobei die Verarbeitungseinheit, beispielsweise ein Faserablegekopf, an einem mehrachsigen Bewegungsautomaten am Ende der kinematischen Kette des Bewegungsautomaten angeordnet ist. Die kinematische Kette des Bewegungsautomaten weist dabei eine erste Hauptdrehachse auf, mit der sämtliche weitere Komponenten des Bewegungsautomaten im Raum um eine Drehachse gedreht werden können. Die Hauptdrehachse ist dabei in der kinematischen Kette die erste Bewegungsachse des Bewegungsautomaten. Die kinematische Kette des Bewegungsautomaten weist des Weiteren eine daran anschließende, mindestens zweite Hauptachse auf, die beispielsweise senkrecht zu der Hauptdrehachse stehen kann. Bei einem klassischen Knickarmroboter ist die zweite Hauptachse ebenfalls eine Drehachse, die senkrecht zu der vertikalen Hauptdrehachse angeordnet ist und meist horizontal vorliegt. Hieran können sich beispielsweise weitere Hauptachsen anschließen, die eine freie Bewegung des Endeffektors im Raum ermöglichen sollen. Solche Hauptachsen können beispielsweise weitere Drehachsen oder Linearführungen sein. Dabei führen die weiteren Hauptachsen in der Regel zu einer Bewegung innerhalb einer Ebene. In der kinematischen Kette darauffolgend sind dann die mindestens zwei Kopfachsen angeordnet, die zu einer Bewegung der Verarbeitungseinheit in mindestens zwei Raumrichtungen führen, so dass die Verarbeitungseinheit (Endeffektor) entsprechend orientiert werden kann. Die mindestens zwei Kopfachsen, vorzugsweise drei Kopfachsen, stehen dabei jeweils senkrecht aufeinander und ermöglicht so eine Bewegung in mehr als zwei Raumrichtungen.
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Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass das Faserführungssystem eine erste Faserführungseinrichtung, eine zweite Faserführungseinrichtung und eine dritte Faserführungseinrichtung hat, wobei die Faserführungseinrichtungen vorzugsweise jeweils verschiedenartig sind. Erfindungsgemäß soll dabei das Faserendlosmaterial entlang der kinematischen Kette des Bewegungsautomaten so geführt werden, dass ein Längenausgleich in entsprechenden Teilbereichen der kinematischen Kette bewirkt wird. Hierdurch können Materialbeschädigungen durch Reibung innerhalb des Faserführungssystems vermieden werden.
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Die erste Faserführungseinrichtung des Faserführungssystems ist dabei zum Führen des Faserendlosmaterials von dem Fasermaterialvorratsspeicher bis zu einem ersten Übergangspunkt in der Drehachse der ersten Hauptdrehachse des Bewegungsautomaten ausgebildet, wodurch eine Längenänderung der zuzuführenden Fasermaterialien aufgrund einer Drehbewegung in beziehungsweise nahe der Hauptdrehachse eliminiert beziehungsweise minimiert werden. So kann beispielsweise in einer vorteilhaften Ausführungsform in der Hauptdrehachse an dem Übergangspunkt eine Umlenkrolle angeordnet sein, mit Hilfe derer das Faserendlosmaterial von der Hauptdrehachse des Bewegungsautomaten in Richtung der zweiten Faserführungseinrichtung gelenkt wird. Drehbewegungen in der Hauptdrehachse führen somit nicht zu einer Materialbelastung, wie beispielsweise Zugkräfte bei zu kurzen Materialmengen sowie Materialüberschuss (lose).
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An die erste Faserführungseinrichtung schließt sich nunmehr die zweite Faserführungseinrichtung an, die zum Führen des Faserendlosmaterials von dem ersten Übergangspunkt in der Hauptdrehachse des Bewegungsautomaten bis zu einem zweiten Übergangspunkt in der kinematischen Kette ausgebildet ist. Der zweite Übergangspunkt liegt dabei mindestens in der zweiten Hauptachse, vorzugsweise in der dritten Hauptachse des Bewegungsautomaten oder in der kinematischen Kette darauffolgend, wodurch erreicht werden soll, dass die weiteren Hauptachsen des Bewegungsautomaten mit Hilfe der zweiten Faserführungseinrichtung überbrückt werden sollen. Vorteilhafterweise liegt der zweite Übergangspunkt in der kinematischen Kette vor den Kopfachsen des Bewegungsautomaten, die erfindungsgemäß mit Hilfe der dritten Faserführungseinrichtung überbrückt werden solle.
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Die zweite Faserführungseinrichtung ist dabei vorzugsweise zum Längenausgleich zwischen dem ersten Übergangspunkt und dem zweiten Übergangspunkt in einer Raumebene ausgebildet, so dass lediglich ein linearer Längenausgleich erfolgt. Da in der Regel die weiteren Hauptachsen eines Bewegungsautomaten lediglich eine lineare Bewegung ausführen können, beispielsweise durch zwei hintereinander angeordnete parallele Drehachsen, die zusammen mit der senkrecht stehenden Hauptdrehachse jeden beliebigen Punkt im Raum erreichen können, ist es für die zweite Faserführungseinrichtung ausreichend, wenn lediglich ein Längenausgleich in einer Raumebene erfolgt. Hierdurch wird ein Tordieren des Faserendlosmaterials vermieden, wodurch auch im Bereich der zweiten Faserführungseinrichtung Beschädigungen an den Kanten des Faserendlosmaterials aufgrund von ungewollten Reibungen nahezu ausgeschlossen werden können.
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Ausgehend von dem zweiten Übergangspunkt schließt sich nun eine dritte Faserführungseinrichtung an, die zum Zuführen des Faserendlosmaterials von dem zweiten Übergangspunkt bis zu der Verarbeitungseinheit ausgebildet ist. Hiermit werden nun die Kopfachsen, welche eine Bewegung der Verarbeitungseinheit in mindestens zwei Raumrichtungen erlaubt, überbrückt. Die zweite Faserführungseinrichtung ist hierbei in Art einer flexiblen Einrichtung so ausgebildet, dass Bewegungen zwischen dem aus Sicht der dritten Faserführungseinrichtung feststehenden zweiten Übergangspunkt und der frei bewegbaren Bearbeitungseinheit in die mindestens zwei Raumrichtungen ausgeglichen werden können.
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Demnach ist die dritte Faserführungseinrichtung zum Längenausgleich zwischen dem zweiten Übergangspunkt und der Verarbeitungseinheit in mindestens zwei Raumebenen oder mehr ausgebildet, um das Faserendlosmaterial prozesssicher zu der frei bewegbaren Verarbeitungseinheit zu führen.
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Die Faserführungseinrichtungen sind dabei an ihren Übergangspunkten an den Bewegungsautomaten angeordnet, wobei die dritte Faserführungseinrichtung schließlich an der Verarbeitungseinheit angeordnet ist. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, von einem feststehenden Fasermaterialvorratsspeicher die Bewegungen eines Bewegungsautomaten auszugleichen, um so das Fasermaterial des Fasermaterialvorratsspeichers einer frei bewegbaren Verarbeitungseinheit zuzuführen, wobei aufgrund der Führung des Fasermaterials entlang der kinematischen Kette des Bewegungsautomaten Beschädigungen des Fasermaterials aufgrund von Knick und Tordierbewegungen vermieden oder eliminiert werden können. Dabei wird mit Hilfe der ersten Faserführungseinrichtung die Drehbewegung der Hauptdrehachse überbrückt, mit der zweiten Faserführungseinrichtung die weiteren Hauptachsen des Bewegungsautomaten mit einem Längenausgleich in einer Ebene überbrückt und schließlich mit einem flexiblen System die Kopfachsen der kinematischen Kette überbrückt.
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Aufgrund der Tatsache, dass nunmehr nur noch die in mindestens zwei Raumrichtungen frei bewegbaren Kopfachsen des Bewegungsautomaten mit einem flexiblen System überbrückt werden müssen, kann die dritte Faserführungseinrichtung sehr kurz gehalten werden, so dass der Weg des Faserendlosmaterials durch ein in mehrere Raumachsen flexibles System stark begrenzt ist. Denn nur im Bereich der dritten Faserführungseinrichtung müssen neben einer Biegebewegung auch Torsionsbewegungen durch die dritte Faserführungseinrichtung durchgeführt werden, um die Bewegung in die mindestens zwei Raumrichtungen ausgleichen zu können. Hierdurch wird das Risiko einer Beschädigung von Fasermaterial aufgrund der relativen Kürze des Systems stark reduziert.
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Vorteilhafterweise ist das Faserführungssystem so ausgebildet, dass die erste Faserführungseinrichtung keinen Längenausgleich in einer Raumebene ausführt, die zweite Faserführungseinrichtung einen Längenausgleich in lediglich nur einer Raumebene ausführt und die dritte Faserführungseinrichtung einen Längenausgleich in mindestens zwei Raumebenen ausführt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die zweite Faserführungseinrichtung eine Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen Verbindungselementen auf, wobei an den Gelenken jeweils ein Führungselement zum Führen des Faserendlosmaterial entlang der Verbindungselemente von dem ersten Übergangspunkt hin zu dem zweiten Übergangspunkt vorgesehen ist. Die zweite Faserführungseinrichtung kann somit eine Stabkinematik mit beispielsweise kugelgelagerten Rollen an den Gelenken aufweisen, worüber die Fasern des Endlosfasermaterials geführt werden können. Werden mehrere Faserstränge zu der Verarbeitungseinheit geführt, so hat jeder Faserstrang ein separates Führungselement, so dass die Faserstränge getrennt voneinander befördert werden können. Aufgrund der Tatsache, dass die Abstände zwischen den Gelenken bei einer Bewegung des Bewegungsautomaten im Bezug auf die mindestens zweite Hauptachse konstant bleiben, wird kein Materialüberschuss bzw. Zugkräfte erzeugt. Die Führungselemente können vorteilhafterweise Umlenkrollen sein.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die dritte Faserführungseinrichtung eine Mehrzahl von Führungsrollen auf, die auf mindestens einem in zumindest zwei Raumachsen flexiblen Verbindungselement angeordnet sind. Ein solches flexibles Verbindungselement kann beispielsweise ein flexibler Stab oder Balken sein, der auch als Seele bezeichnet wird. Der flexible Stab kann dabei beispielsweise Biege- und Torsionsbewegungen ausführen, um so die Bewegungen in mindestens zwei Raumachsen ausgleichen zu können. Auf dem flexiblen Stab bzw. der Seele sind eine Mehrzahl von Führungsrollen angeordnet, um so das Faserendlosmaterial von dem zweiten Übergangspunkt hin zur Verarbeitungseinheit zu führen.
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Um zu verhindern, dass das Material an den Rand verschoben wird, wodurch es Schaden nehmen kann, wird das Fasermaterial möglichst nahe entlang der neutralen Achse der Seele geführt, wodurch vor allem die auf das Material wirkenden seitlichen Kräfte minimiert werden. Denkbar ist auch, dass die Rollen an dem flexiblen Verbindungselement so angeordnet sind, dass das Fasermaterial entlang der neutralen Achse des flexiblen Verbindungselementes verläuft.
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Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn die dritte Faserführungseinrichtung am zweiten Übergangspunkt und/oder an der Verarbeitungseinheit drehbar um zwei senkrecht zueinander stehende Drehachsen angeordnet ist, um so einen Großteil der Torsion, die durch die verschiedenen Kopfachsen an der Verarbeitungseinheit realisiert werden kann, aufzunehmen. Dadurch kann die dritte Faserführungseinrichtung hinsichtlich der Torsionsbewegung entlastet werden, wodurch die Beschädigung des Fasermaterials aufgrund der einwirkenden Kräfte minimiert werden kann.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 – schematische Darstellung eines Industrieroboters mit sechs Bewegungsachsen;
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2 – schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Faserführungssystems;
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3 – schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels bezüglich der dritten Faserführungseinrichtung.
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1 zeigt schematisch ein im industriellen Umfeld häufig anzutreffenden Sechs-Achsen-Knickarmroboter, der über sechs Drehachsen verfügt und somit jeden beliebigen Punkt im Raum erreichen kann. Ein derartiger Sechs-Achsen-Knickarmroboter wird in der Praxis häufig auch als Legeroboter zum Legen von Fasermaterial verwendet, da er eine hohe Flexibilität aufweist. Grundsätzlich sind jedoch für das Legen von Fasermaterial auch andere Gelenkroboter bzw. Achsroboter denkbar.
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Der Knickarmroboter 1 weist drei Hauptachsen A1, A2 und A3 auf, mit denen der Endeffektor 2 frei im Raum positioniert werden kann. Mittels der vertikal vorliegenden Hauptdrehachse A1 lässt sich der gesamte Knickarmroboter um die Hauptdrehachse A1 drehen. Mit Hilfe der in der kinematischen Kette nachfolgend angeordneten Hauptachsen A2 und A3 die als Drehachsen horizontal (und somit gegeneinander parallel) vorliegen, können translatorische Bewegungen des Endeffektors 2 durchgeführt werden.
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Die Kopfachsen A4, A5 und A6 dienen in erster Linie für die Orientierung des Endeffektors 2 und bestehen ebenfalls aus Drehgelenken. Die Achsen A4 und A5 sowie A5 und A6 stehen dabei senkrecht zueinander.
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Sollen von einem feststehenden Fasermaterialvorratsspeicher Faserendlosmaterial zu dem Endeffektor 2 geführt werden, so muss aufgrund der Bewegung des Roboters 1 ein Längenausgleich zwischen dem feststehenden Fasermaterialvorratsspeicher und dem Endeffektor 2 durchgeführt werden.
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2 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Faserführungssystem 10. In einem Fasermaterialvorratsspeicher 3 befindet sich Faserendlosmaterial, beispielsweise in Form von einzelnen Fasersträngen. Diese Faserstränge müssen nun von dem Fasermaterialvorratsspeicher 3 entlang der kinematischen Kette des Roboters 1 zu dem Endeffektor 2 geführt werden. Hierfür weist das Faserführungssystem 10 eine erste Faserführungseinrichtung 11, eine zweite Faserführungseinrichtung 12 und eine dritte Faserführungseinrichtung 13 auf, die jeweils verschiedenartig voneinander sind.
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Mit Hilfe der ersten Faserführungseinrichtung 11 wird das Fasermaterial 4 von dem Fasermaterialvorratsspeicher 3 bis zu einem ersten Übergangspunkt 14 geführt, der in der Hauptdrehachse A1 des Roboters 1 liegt. An diesem Übergangspunkt 14 kann beispielsweise eine Umlenkrolle 15 angeordnet sein, wodurch Längenänderungen aufgrund der Drehbewegung im Bereich der ersten Faserführungseinrichtung 11 eliminiert werden.
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Ausgehend von dem Übergangspunkt 14 in der Hauptdrehachse A1 schließt sich die zweite Faserführungseinrichtung 12 an, welche das Fasermaterial 4 bis zu einem zweiten Übergangspunkt 16 führt. Der zweite Übergangspunkt 16 liegt im Ausführungsbeispiel der 1 in der dritten Hauptachse A3 des Roboters 1, so dass durch die zweite Faserführungseinrichtung 12 ein Längenausgleich bei Bewegungen um die Hauptachse A2 und A3 ausgeglichen werden können. Der zweite Übergangspunkt 16 kann aber auch hinter A3 und näher an A4 liegen, wodurch die dritte Faserführungseinrichtung kürzer ausfallen kann.
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Die zweite Faserführungseinrichtung 12 ist dabei in Form einer Stabkinematik ausgebildet, bei der eine Mehrzahl von Verbindungselementen 17 gelenkig miteinander verbunden sind, wobei in den Gelenken jeweils Führungsrollen 18 vorgesehen sind, die das Fasermaterial 4 entlang der Stabkinematik führen. Aufgrund des festen Abstandes zwischen den einzelnen Führungsrollen 18 bedingt durch die starren Verbindungselemente 17 erfolgt so der Längenausgleich, ohne dass Materialüberschuss entsteht oder Zugkräfte auf das Fasermaterial 4 wirken.
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Ausgehend von dem zweiten Übergangspunkt 16 im Bereich der Hauptachse A3 wird nun das Fasermaterial 4 mittels der dritten Faserführungseinrichtung 13 an die Verarbeitungseinheit 2, beispielsweise einem Ablegekopf, geführt werden. Wie in 3 noch näher beschrieben ist die dritte Faserführungseinrichtung 13 flexibel so ausgebildet, dass sie neben Biegebewegungen auch Torsionsbewegungen während der Führung des Fasermaterials 4 durchführen kann, so dass eine Bewegung des Ablegekopfes 2 in mindestens zwei Raumachsen sicher ausgeglichen werden kann. Die dritte Faserführungseinrichtung 13 ist somit so ausgebildet, dass sie einen Längenausgleich zwischen dem zweiten Übergangspunkt und der Verarbeitungseinheit in mindestens zwei Raumebenen ausgleichen kann.
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Da aufgrund der möglichen Torsionsbewegung immer die Gefahr besteht, dass das Fasermaterial an den Rändern beschädigt wird, kann mittels des vorliegenden Faserführungssystems der Weg, den das Fasermaterial 4 in einem derart flexiblen Führungssystem zurücklegen muss, auf einen minimalen, notwendigen Anteil reduziert werden. Dies erhöht signifikant die Prozesssicherheit.
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Die zweite Faserführungseinrichtung 12 ist gegenüber der dritten Faserführungseinrichtung 13 dementsprechend nur so ausgebildet, dass sie einen Längenausgleich nur in einer Ebene durchführen kann. Aufgrund der verwendeten Stabkinematik ergibt sich dabei keine Torsionsbewegung, so dass das Fasermaterial 4 ohne Torsionsbewegung bis zum zweiten Übergangspunkt 16 geführt werden kann.
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3 zeigt schematisch die dritte Faserführungseinrichtung 13 in einer vorteilhaften Ausführungsform. Die flexible dritte Faserführungseinrichtung 13 weist hierfür eine flexible Seele 19, beispielsweise in Form eines flexible Stabes oder eines flexiblen Balkens auf, der neben einer Biegebewegung B auch eine Torsionsbewegung T (eine Drehbewegung um die Längsachse) durchführen kann. Hierdurch lassen sich grundsätzlich Längenänderungen in mindestens zwei Raumebenen ausgleichen.
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Auf der flexiblen Seele 19 der dritten Faserführungseinrichtung 13 sind eine Mehrzahl von Führungsrollen 20 angeordnet, die paarweise angeordnet sind und zwischen denen das Fasermaterial 4 geführt wird. Um zu verhindern, dass das Material seitlich an den Rand verschoben wird, wodurch es Schaden nehmen kann, wird die neutrale Achse des Materials möglichst nahe an der neutralen Achse der Seele angeordnet.
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Vorteilhafterweise kann zusätzlich vorgesehen sein, dass im Bereich des zweiten Übergangspunktes 16 sowie im Bereich der Verarbeitungseinheit 2, an denen die dritte Faserführungseinrichtung 13 angeordnet ist, diese so dort angeordnet ist, dass sie in mindestens zwei Raumachsen drehbar ist. Hierdurch lassen sich Torsionsbewegungen der Kopfachsen sowie unterschiedliche Entfernungen zwischen Anfang und Ende der dritten Faserführungseinrichtung 13 auffangen und somit die dritte Faserführungseinrichtung 13 entlasten.
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4 zeigt in einem Ausführungsbeispiel die dritte Faserführungseinrichtung mit zwei flexiblen Seelen 19a und 19b. Durch zwei Seelen, die ober- und unterhalb der Führungsrollen sind, ist die neutrale Achse genau zwischen diesen beiden Seelen, wo auch das Material durchgeführt wird. Liegt das Material somit genau in der neutralen Achse, sind die seitlichen Kräfte gleich Null und Beschädigungen des Materials werden minimiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mehrachsiger Bewegungsautomat (Knickarmroboter)
- 2
- Verarbeitungseinheit (Endeffektor, Ablegekopf)
- 3
- Fasermaterialvorratsspeicher
- 4
- Fasermaterial
- 10
- Faserführungssystem
- 11
- erste Faserführungseinrichtung
- 12
- zweite Faserführungseinrichtung
- 13
- dritte Faserführungseinrichtung
- 14
- erster Übergangspunkt
- 15
- Umlenkrolle in der Hauptdrehachse
- 16
- zweiter Übergangspunkt
- 17
- starre Verbindungselemente
- 18
- Umlenkrollen der zweiten Faserführungseinrichtung
- 19
- flexibler Stab / Seele
- 20
- Führungsrollen der dritten Faserführungseinrichtung
- B
- Biegebewegung
- T
- Torsionsbewegung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2117818 B1 [0007]
- DE 102013107039 [0008]
