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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Ablegekopf zum Ablegen von gefördertem Fasermaterial mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.
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STAND DER TECHNIK
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Bei der automatisierten Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen ist es üblich, dass Fasermaterial von einem Ablegekopf auf ein Formwerkzeug abgelegt wird. Als Fasermaterial können beispielsweise trockene Halbzeuge in Form von Fasergelegen oder Geweben und/oder vorimprägnierte Halbzeuge, die neben Fasern auch bereits das Matrixharz des Faserverbundwerkstoff umfassen, zum Einsatz kommen. Das Fasermaterial kann dabei von einer Rolle bereitgestellt werden, von der es abgewickelt und zu dem Ablegekopf gefördert wird. Je nach Kontur des jeweiligen Bauteils und Muster, in dem das Fasermaterial abgelegt werden soll, muss das schon abgelegte Fasermaterial von der Rolle abgeschnitten werden. Dazu weist der Ablegekopf üblicherweise eine Schneidvorrichtung zum Schneiden des Fasermaterials auf.
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Aus der Druckschrift
US 2010/0263505 A1 ist eine Ablegevorrichtung für Fasermaterial bekannt, bei der Fasermaterial in Streifen gleichzeitig von mehreren Rollen abgewickelt, über Walzen der Ablegevorrichtung gefördert und auf ein Substrat abgelegt wird. Über eine Führungseinrichtung wird dabei sichergestellt, dass das Fasermaterial von den mehreren Rollen parallel zueinander ausgerichtet ist. Zum Schneiden des Fasermaterials wird eine Spule eines elektromagnetischen Aktuators bestromt, damit sich ein Schneidelement quer zur Förderrichtung bewegt und so eine Schneidbewegung ausführt.
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Die Druckschrift
WO 2009/052158 A1 beschreibt einen Ablegekopf zum Ablegen von Fasermaterial, bei dem das Fasermaterial über eine Anpresswalze des Ablegekopfs auf ein Formwerkzeug abgelegt wird. Zum Schneiden des Fasermaterials weist der Ablegekopf eine pneumatisch betätigte Schneidvorrichtung auf, die in Förderrichtung des Fasermaterials vor der Anpresswalze angeordnet ist. Vor der Schneidvorrichtung ist eine Fördereinheit angeordnet, die dazu dient, das Fasermaterial nach dem Schneiden des Fasermaterials wieder in Richtung der Anpresswalze zu fördern. Weiterhin weist der Ablegekopf eine pneumatisch betätigte Klemmvorrichtung auf, die in Förderrichtung vor der Fördereinheit angeordnet ist. Die Klemmvorrichtung weist zwei voneinander beabstandete Walzen auf, zwischen denen das Fasermaterial geführt ist. Die Klemmvorrichtung wird derart gesteuert, dass eine der Walzen vor dem Schneiden des Fasermaterials in Richtung der anderen Walze verlagert wird, so dass das Fasermaterial zwischen den Walzen geklemmt ist. Dabei sind die Walzen derart gelagert, dass sie nur eine Förderung des Fasermaterials in Förderrichtung zulassen. Dadurch soll erreicht werden, dass das noch abzulegende Fasermaterial nach dem Schneiden nicht entgegen der Förderrichtung aus dem Ablegekopf heraustreten kann.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 015 199 A1 offenbart einen Schneidmechanismus für einen Ablegekopf zum Ablegen von Fasermaterial, der einen Drücker und ein Widerlager aufweist. In einer ersten Betriebsposition sind der Drücker und das Widerlager voneinander beabstandet, so dass ein Durchgang für das Fasermaterial gebildet ist. Zum Schneiden des Fasermaterials wird der Drücker in Richtung des Widerlagers bewegt. Dabei wird das Fasermaterial zwischen Klemmbacken des Drückers und des Widerlagers geklemmt. Weiterhin wird ein an dem Drücker angeordnetes Schneidelement mit einer Schneidkraft gegen das zu schneidende Fasermaterial gedrückt, um das geklemmte Fasermaterial zu schneiden bzw. zu brechen. Gemäß der
DE 10 2010 015 199 A1 können für den Drücker und das Schneidmesser separate Antriebe oder ein gemeinsamer Antrieb vorgesehen sein. Konkret ist vorgeschlagen, einen mechanischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Antrieb vorzusehen.
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Das Dokument
AT 44 360 E offenbart einen Strangauslegungsapparat mit einer Klemmeinrichtung zum Klemmen eines Faserstrangs und einer Schneideinrichtung zum Schneiden des Faserstrangs, wobei die Schneideinrichtung und die Klemmeinrichtung separat voneinander ausgebildet und in Förderrichtung des Faserstrangs hintereinander angeordnet sind. Um den Faserstrang zu klemmen und zu schneiden, wird der Faserstrang derart verlagert, dass dieser in den Bereich der Klemmeinrichtung gelangt und infolge einer mechanischen Betätigung der Klemmeinrichtung von dieser geklemmt wird und der so geklemmte Faserstrang in der hinter der Klemmeinrichtung angeordneten Schneideinrichtung geschnitten wird.
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Die Druckschrift
DE 698 12 405 T2 betrifft einen Ablegekopf zum Ablegen von Fasersträngen auf eine Formgebungsfläche. Der Ablegekopf weist eine Schneideinrichtung zum Schneiden von einzelnen Fasersträngen auf. Konkret ist vorgesehen, dass die Schneideinrichtung mehrere Schermechanismen umfasst, wobei jeder Schermechanismus eine Schneidklinge aufweist, die über einen Linearantrieb betätigt in einer Richtung quer zur Förderrichtung des zu schneidenden Faserstrangs bewegbar ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass jede Schneidklinge einen Klemmblock aufweist, der den Faserstrang nach dem Abschneiden des Faserstrangs gegen einen Amboss hält.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 017 595 A1 offenbart einen Ablegekopf zum Ablegen von Zuschnitten eines flächigen Materials auf eine Ablegefläche. Zur Konfektionierung von Seitenrändern des abzulegenden Materials weist der Ablegekopf zwei Messereinheiten mit oszillierenden Schneidklingen auf, die an motorisch gesteuert angetriebenen Lineareinheiten angeordnet sind und unabhängig voneinander in lateraler Richtung relativ zu dem zu beschneidenden Material bewegbar sind. Gemäß der
DE 10 2012 017 595 A1 kann es sich bei den Schneidklingen um Ultraschall-angeregte Schneidklingen handeln.
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Die Druckschrift
DE 697 17 053 T2 betrifft einen Ablegekopf zum Ablegen von Fasermaterial in Form eines Bandes, der Mittel zum Durchtrennen bzw. Zuschneiden des Bandes aufweist, um Zuschnitte zu bilden, die anschließend von Aufbringungsmitteln des Ablegekopfs auf eine Ablagefläche abgelegt werden. Die Mittel zum Durchtrennen bzw. Zuschneiden des Bandes umfassen ein Schneidsystem und ein davon separat ausgebildetes Klemmmittel. Das Schneidsystem weist eine Klinge auf, die über Steuermittel gesteuert in einer Richtung quer zur Förderrichtung des Fasermaterials bewegbar ist. Unter Zusammenwirkung der Klinge mit einer Gegenklinge, die auf der anderen Seite des Fasermaterials feststehend angeordnet ist, kann das Fasermaterial geschnitten werden. Das Klemmmittel weist zwei Backen, wobei eine der Backen auf der gleichen Seite wie die Klinge angeordnet und in einer Richtung quer zur Förderrichtung des Fasermaterials bewegbar ist und wobei die andere Backe feststehend auf der gleichen Seite wie die Gegenklinge angeordnet ist.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ablegekopf zum Ablegen von Fasermaterial aufzuzeigen, mit dem das Schneiden von Fasermaterial und Ablegen von nachfolgendem Fasermaterial auf einfachere und/oder sicherere Weise ermöglicht ist.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft einen Ablegekopf zum Ablegen von dem Ablegekopf zugeführtem, endlosem Fasermaterial, der eine Schneidvorrichtung mit einem Schneidelement und mit einem Gegenschneidelement aufweist. Weiterhin weist der Ablegekopf eine Klemmvorrichtung mit einander gegenüberliegenden Klemmflächen zum Klemmen des Fasermaterials auf. Dabei sind eine der Klemmflächen und das Schneidelement an einem ersten Backen ausgebildet, und die andere Klemmfläche und das Gegenschneidelement sind an einem zweiten Backen ausgebildet. Die Klemmflächen sind dabei in Förderrichtung des Fasermaterials vor dem Schneidelement und vor dem Gegenschneidelement angeordnet.
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Weiterhin weist der Ablegekopf einen Aktuator auf, der den ersten Backen zum gleichzeitigen Schneiden und Klemmen des Fasermaterials betätigt. Durch das Betätigen des ersten Backens durch den Aktuator führt somit zum einen das Schneidelement eine Schneidbewegung durch. Zum anderen wird die an dem ersten Backen ausgebildete Klemmfläche in Richtung der anderen Klemmfläche bewegt, die an dem zweiten Backen ausgebildet ist. Mit dem ersten und dem zweiten Backen ist somit eine kombinierte Schneid- und Klemmvorrichtung zum gleichzeitigen Schneiden und Klemmen des Fasermaterials gebildet. Insbesondere ist es somit nicht erforderlich, zwei aufeinander abgestimmte Steuerkreise für das Schneiden und für das Klemmen des Fasermaterials vorzusehen.
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Der Aktuator zum Betätigen des ersten Backens ist erfindungsgemäß ein piezoelektrischer Aktuator. Dies hat den Vorteil, dass keine Druckschläuche, Anschlüsse und/oder Speicher an dem Ablegekopf vorgesehen werden müssen. Vielmehr kann der piezoelektrische Aktuator mit einem elektrischen Steuersignal gesteuert werden, d. h. es muss lediglich ein elektrisches Kabel zu dem Aktuator geführt werden. Weiterhin zeichnet sich ein piezoelektrischer Aktuator durch eine geringe Masse aus. Mit dem piezoelektrischen Aktuator wird somit eine besonders leichte und unaufwändige Ausgestaltung des Ablegekopfs erreicht. Weitere Vorteile eines piezoelektrischen Aktuators sind die hohe Genauigkeit bei der Betätigung des ersten Backens, womit eine besonders genaue Steuerung der Schneidbewegung erreicht wird, sowie die Schnelligkeit, mit der die Betätigung erfolgen kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Ablegekopf können die Schneid- und die Klemmbewegung derart aufeinander abgestimmt sein, dass das Fasermaterial erst dann von dem Schneidelement und dem Gegenschneidelement geschnitten wird, wenn das Fasermaterial zwischen den Klemmflächen soweit geklemmt ist, dass es beim Schneiden trotz der beim Schneiden auf das Fasermaterial einwirkenden Kräfte sicher zwischen den Klemmflächen gehalten wird. Weiterhin wird das vordere Ende des nachfolgenden Fasermaterials nach erfolgtem Schneiden von den Klemmflächen zumindest vorübergehend ”festgehalten”. Die Klemmflächen bilden damit eine Art Verliersicherung für das Fasermaterial. So kann das Risiko minimiert werden, das Fasermaterial nach dem Schneiden zu verlieren, was zur Folge hätte, dass das Fasermaterial wieder durch die Schneidvorrichtung hindurchgeführt werden müsste, bevor das Ablegen des Fasermaterials fortgesetzt werden kann.
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Um ihre Haltewirkung zu erhöhen, können die Klemmflächen als raue Oberflächen ausgebildet sein. Weiterhin können die Klemmflächen mit einer elastischen Beschichtung versehen sein, womit bereits vor dem Erreichen des minimalen Abstands der Klemmflächen beim vollständigen Durchtrennen des Fasermaterials eine Klemmwirkung erreicht wird, die sich mit weiterem Betätigen des ersten Backens und des zweiten Backens zum vollständigen Durchtrennen des Fasermaterials erhöht.
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Die eine Klemmfläche und das Schneidelement und/oder die andere Klemmfläche und das Gegenschneidelement können integraler Bestandteil eines Grundkörpers des jeweiligen Backens sein. Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ablegekopfs weist jedoch jeder Backen einen Grundkörper auf, der die Klemmfläche ausbildet, wobei an einer quer zur Förderrichtung orientierten Stirnseite des Grundkörpers das Schneidelement oder das Gegenschneidelement angeordnet ist. Beispielsweise können das Schneidelement oder das Gegenschneidelement an die Stirnseite des jeweiligen Grundkörpers angeschraubt sein. Dann ist es auf besonders einfache Weise möglich, das Schneidelement oder das Gegenschneidelement z. B. aufgrund von Verschleiß auszutauschen.
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Der Stellweg des Aktuators, der für das Durchführen der Schneidbewegung erforderlich ist, ist mindestens so groß wie die Dicke des Fasermaterials. Der erste Backen muss also mindestens über diesen Stellweg relativ zu dem zweiten Backen bewegt werden. Der erforderliche Stellweg kann dabei allein durch eine Längenänderung eines Piezoelements des piezoelektrischen Aktuators erreicht werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der piezoelektrische Aktuator neben dem Piezoelement eine Wegübersetzung, bspw. eine mit dem Piezoelement betätigbare Hebelanordnung, aufweist, die die Längenänderung des Piezoelements in eine translatorische Bewegung des ersten Backens überträgt. Aufgrund der mit der Hebelanordnung erreichbaren Übersetzung kann dann auch eine Längenänderung des Piezoelements, die kleiner ist als der erforderliche Stellweg, ausreichen, um den ersten Backen soweit zu bewegen, dass das Fasermaterial durchtrennt wird.
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In weiterer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der piezoelektrische Aktuator derart ansteuerbar ist, dass in dem Schneidelement Ultraschallschwingungen zum Ultraschallschneiden des Fasermaterials erzeugt werden. Hierdurch kann die für das Schneiden des Fasermaterials aufzubringende Kraft reduziert werden. Weiterhin kann so eine besonders saubere Schnittoberfläche erreicht werden.
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Zum gleichzeitigen Schneiden und Klemmen des Fasermaterials kann der Aktuator ausschließlich den ersten Backen aus einer Grundstellung heraus betätigen, wobei das Schneidelement mit der Betätigung in Richtung des Gegenschneidelements und die eine Klemmfläche in Richtung der anderen Klemmfläche bewegt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Aktuator sowohl den ersten Backen als auch den zweiten Backen zum Ausführen der Schneidbewegung aus einer Grundstellung heraus betätigt. Insbesondere können das Schneidelement und das Gegenschneidelement um den gleichen Stellweg bewegt werden, womit sie die Schneidbewegung symmetrisch durchführen.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ablegekopfs ist das Schneielement ein Schneidmesser, während das Gegenschneidelement ein Widerlager für das Schneidmesser aufweist. Das Schneiden des Fasermaterials entspricht hier einem ”Spalten” des Fasermaterials. Um das Schneidmesser genau so weit zu betätigen, dass das Fasermaterial durchtrennt wird, aber anschließend keine Kraft von dem Schneidmesser auf das Widerlager ausgeübt wird, ist es gemäß dieser Ausführungsform von Vorteil, dass der Aktuator ein piezoelektrischer Aktuator ist, mit dem die Betätigung des Schneidelements besonders genau gesteuert werden kann.
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Alternativ können sowohl das Schneidelement als auch das Gegenschneidelement Schneidmesser sein. Das Schneidelement und das Gegenschneidelement können auch Schneidkanten aufweisen, die nach Art einer Schere beim Schneiden des Fasermaterials zusammenwirken.
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Die einander gegenüberliegenden Klemmflächen können als ebene Klemmflächen ausgebildet sein. Die einander gegenüberliegenden Klemmflächen können aber auch eine in zwei Dimensionen quer zur Förderrichtung begrenzte Aufnahme für das Fasermaterial ausbilden. Dazu kann beispielsweise eine der Klemmflächen eine Wölbung oder Vertiefung für das Fasermaterial aufweisen. So kann nicht nur ein Herunterfallen des nachfolgenden Fasermaterials verhindert werden, sondern das Fasermaterial kann auch hinsichtlich seiner Lage quer zur Förderrichtung fixiert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ablegekopfs mit einer Schneid- und einer Klemmvorrichtung in einer Seitenansicht.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ablegekopfs mit einer Schneid- und einer Klemmvorrichtung in einer Seitenansicht.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Ablegekopfs, der einen ersten Backen 1, einen zweiten Backen 2 und einen Aktuator 3 aufweist, wobei der Aktuator 3 der erste Backen 1 zum gleichzeitigen Schneiden und Klemmen von Fasermaterial 4 betätigt. Der erste Backen 1 weist ein Schneidelement 5 auf, und der zweite Backen weist ein Gegenschneidelement 6 auf. Das Schneidelement 5 und das Gegenschneidelement 6 sind dabei über Schrauben 7 an einem Grundkörper 8 des ersten Backens 1 bzw. einem Grundkörper 9 des zweiten Backens 2 befestigt. Zum Klemmen des Fasermaterials 4 weisen die Grundkörper 8, 9 des ersten und zweiten Backens 1, 2 einander gegenüberliegende Klemmflächen 10, 11 auf.
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Um das Fasermaterial 4 zu schneiden, betätigt der piezoelektrische Aktuator 3 den ersten Backen 1 aus der in 1 dargestellten Grundstellung heraus in Richtung des zweiten Backens 2 in eine betätigte Stellung. Dabei wird das Fasermaterial 4 mit dem Betätigen des ersten Backens 1 durch Zusammenwirken des Schneidelements 5 mit dem Gegenschneidelement 6 geschnitten. Mit der Schneidbewegung wird gleichzeitig die Klemmfläche 10 in Richtung der gegenüberliegenden Klemmfläche 11 bewegt. Dabei sind die Schneidbewegung und die Bewegung der Klemmfläche 10 relativ zu der Klemmfläche 11 derart aufeinander angepasst, dass das Fasermaterial 4 spätestens dann zwischen den Klemmflächen 10 und 11 gehalten ist, wenn das Schneidelement 5 und das Gegenschneidelement 6 soweit aufeinander zu bewegt sind, dass das Fasermaterial 4 vollständig durchtrennt ist. Dadurch wird verhindert, dass das Fasermaterial 4 aus der zwischen den Klemmflächen 10, 11 gebildeten Öffnung herausfallen kann, z. B. aufgrund von Spannungen in dem Fasermaterial 4, die zu einer Bewegung das Fasermaterials 4 entgegen der Förderrichtung führen würden, wenn es nicht zwischen den Klemmflächen 10, 11 geklemmt wäre. Um das Ablegen des Fasermaterials 4 fortzusetzen, wird der erste Backen 1 derart betätigt, dass sich die Klemmflächen 10 und 11 voneinander weg bewegen, sobald das nachfolgende Fasermaterial 4 vorgeschoben wird, so dass keine Gefahr mehr besteht, dass es in Rückwärtsrichtung aus dem Ablegekopf heraustritt.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ablegekopfs. Wie in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der erste Backen 1 einen Grundkörper 8 auf, der die Klemmfläche 10 ausbildet und an dessen Stirnseite das Schneidelement 5 über eine Schraube 7 befestigt ist. Anders als bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, ist das Gegenschneidelement 6 in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Widerlager 12 ausgebildet. Dabei sind das Widerlager 12 und die Klemmfläche 11 integral, d. h. einstückig, von dem Grundkörper 9 des zweiten Backens 2 ausgebildet.
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Zum Betätigen des ersten Backens 1 ist ein piezoelektrischer Aktuator 3 vorgesehen, der ein Piezoelement 13 und eine mit dem Piezoelement 13 betätigbare Hebelanordnung 14 aufweist.
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Die Hebelanordnung 14 ist um eine Drehachse 15 drehbar gelagert, wobei ein Verschwenken des kürzeren Hebels 16 aufgrund einer Längenänderung des Piezoelements 13 zu einem Verschwenken des längeren Hebels 17 der Hebelanordnung 14 führt, woraus eine translatorische Bewegung des ersten Backens 1 resultiert. Somit wird eine Längenänderung des Piezoelements 13 über die Hebelanordnung 14 in eine translatorische Bewegung des ersten Backens 1 übertragen. Dabei kann über in 2 nicht dargestellte Führungsmittel eine Linearführung für den ersten Backen 1 bereitgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erster Backen
- 2
- zweiter Backen
- 3
- Aktuator
- 4
- Fasermaterial
- 5
- Schneidelement
- 6
- Gegenschneidelement
- 7
- Schraube
- 8
- Grundkörper
- 9
- Grundkörper
- 10
- Klemmfläche
- 11
- Klemmfläche
- 12
- Widerlager
- 13
- Piezoelement
- 14
- Hebelanordnung
- 15
- Drehachse
- 16
- kurzer Hebel
- 17
- langer Hebel
