DE102013212332A1

DE102013212332A1 - Fertigungsanlage und Verfahren zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen

Info

Publication number: DE102013212332A1
Application number: DE102013212332.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Boge; Armin Bäuerle; Matthias Meyer
Original assignee: Broetje Automation GmbH
Current assignee: Broetje Automation GmbH
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Eine Fertigungsanlage (1) weist zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen (2) eine Führungsbahn (4) mit einem geschlossenen Bahnabschnitt (7) auf, der einen zugehörigen Innenraum (I) von einem Außenraum (A) trennt. In dem Außenraum (A) ist mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3) angeordnet. Zum Auftragen von Fasermaterial (28) auf eine Bauteilform (21, 22) sind mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) umlaufend auf dem geschlossenen Bahnabschnitt (7) verfahrbar. Dadurch, dass die Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) umlaufend verfahren werden und die Formbereitstellungseinheit (3) aufgrund der Anordnung im Außenraum (A) einfach zugänglich ist, sind vergleichsweise kurze Haupt- und Nebenzeiten bei der Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen (2) erzielbar. Die Fertigungsanlage (1) weist somit ein einfacher und flexibler Weise eine hohe Produktivität auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen. Die Fertigungsanlage sowie das Verfahren dienen insbesondere zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Großbauteilen für den Flugzeugbau und/oder den Schiffsbau.
Aus der DE 10 2010 015 027 A1 ist eine Faser-Legevorrichtung zur Herstellung von Faserverbundbauteilen bekannt. Die Faser-Legevorrichtung weist ein geschlossenes Schienensystem auf, in dessen Innenraum eine als Werkzeug bezeichnete Bauteilform angeordnet ist. Mehrere Roboter werden entlang des geschlossenen Schienensystems geführt bewegt, um mittels eines jeweiligen Ablegekopfs Fasern an der Bauteilform abzulegen. Das geschlossene Schienensystem ist mit weiteren geschlossenen Schienensystemen kombinierbar, sodass in dem jeweiligen Innenraum jeweils eine Bauteilform zum Ablegen von Fasern angeordnet ist.
Aus der WO 2012/028 531 A1 ist eine Fertigungsanlage zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen bekannt, die eine Führungsbahn mit zwei geschlossenen Bahnabschnitten aufweist. In dem Innenraum eines ersten geschlossenen Bahnabschnitts ist eine Formbereitstellungseinheit mit zwei Bauteilformen angeordnet, die von Robotern umfahren werden. Hierbei legen die Roboter Fasern auf den Bauteilformen ab. Ein zweiter geschlossener Bahnabschnitt dient zur Wartung und Aufrüstung der Roboter. Hierzu sind in einem Innenraum des geschlossenen Bahnabschnitts Wartungsstationen ausgebildet.
Die bekannte Faser-Legevorrichtung bzw. Fertigungsanlage weisen aufgrund des Umfahrens der Bauteilform bzw. Bauteilformen durch die Roboter eine hohe Produktivität auf. Nachteilig ist jedoch, dass ein Bauteilformwechsel bzw. das Entformen eines hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils vergleichsweise langsam erfolgt, wodurch die Produktivität beeinträchtigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungsanlage zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und in flexibler Weise eine hohe Produktivität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Fertigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass die Führungsbahn mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt aufweist, die mindestens eine Formbereitstellungseinheit jedoch in dem Außenraum entlang des mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt angeordnet ist, weist die erfindungsgemäße Fertigungsanlage in einfacher und flexibler Weise eine erhöhte Produktivität auf, da das Auftragen von Fasermaterial bzw. Faserverbundmaterial einfach und schnell durch Verfahren der mindestens zwei Fertigungseinheiten entlang des geschlossenen Bahnabschnitt erfolgt, jedoch die mindestens eine Bauteilform für einen Wechsel bzw. das hergestellte Faserverbundmaterial-Bauteil für das Entformen wesentlich einfacher zugänglich ist, da die Führungsbahn die mindestens eine Bauteilform nicht umgibt. Durch die erfindungsgemäße Fertigungsanlage ist sowohl eine hohe Produktivität beim Auftragen des Fasermaterials bzw. Faserverbundmaterials als auch beim Wechsel der mindestens einen Bauteilform bzw. beim Entformen des hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils gewährleistet. Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage weist somit geringe Hauptzeiten für die Herstellung und vergleichsweise geringe Nebenzeiten für den Wechsel der mindestens einen Bauteilform und/oder das Entformen des hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils auf. Vorzugsweise ist der geschlossene Bahnabschnitt polygonal, insbesondere rechteckförmig ausgebildet. Zusätzlich zu dem geschlossenen Bahnabschnitt kann die Führungsbahn weitere Bahnabschnitte aufweisen, die mit dem geschlossenen Bahnabschnitt verbunden sind, solange die mindestens eine Formbereitstellungseinheit im Außenraum, also in keinem gebildeten Innenraum, angeordnet ist. Derartige Bahnabschnitte können beispielsweise weitere geschlossene Bahnabschnitte, Auskoppel-Bahnabschnitte, weitere Bahnabschnitte für den Zusammenbau von Bauteilen und Preforms sowie Submontagen, Bahnabschnitte zur Herstellung von Teil-Preforms, Bahnabschnitte für Stationen zur Aufnahme von Strukturelementen sowie von funktionalen Elementen und anderen Elementen, Bahnabschnitte mit Stationen für die Bearbeitung, Nachbearbeitung und/oder Entformung bzw. zum Wechsel und/oder Verbindungs-Bahnabschnitte sein.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 2 gewährleistet kurze Nebenzeiten bei der Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen. Dadurch, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit an mindestens einer Seite zugänglich ist, also an höchstens drei Seiten von dem mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt begrenzt ist, ist in einfacher und schneller Weise ein Wechsel der mindestens einen Bauteilform bzw. ein Entformen des hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils möglich. Vorzugsweise ist die mindestens eine Formbereitstellungseinheit an mindestens zwei Seiten, insbesondere an mindestens drei Seiten zugänglich, also an höchstens zwei Seiten, insbesondere an höchstens einer Seite von dem mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt begrenzt.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 3 gewährleistet in einfacher Weise eine hohe Produktivität bei dem Auftragen von Fasermaterial bzw. Faserverbundmaterial. Das Auftragen erfolgt während die mindestens zwei Fertigungseinheiten auf dem geradlinigen Teil-Bahnabschnitt entlang der mindestens einen Formbereitstellungseinheit verfahren. Vorzugsweise sind mindestens zwei Formbereitstellungseinheiten entlang des geradlinigen Teil-Bahnabschnitts in Reihe angeordnet, sodass beim Verfahren auf dem geradlinigen Teil-Bahnabschnitt mindestens zwei Faserverbundmaterial-Bauteile herstellbar sind.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 4 gewährleistet eine hohe Produktivität bei dem Auftragen des Fasermaterials bzw. Faserverbundmaterials. Weist ein geschlossener Bahnabschnitt mehrere geradlinige Teil-Bahnabschnitte auf, so ist an mindestens zwei dieser geradlinigen Teil-Bahnabschnitte jeweils mindestens eine Formbereitstellungseinheit angeordnet. Weist die Fertigungsanlage beispielsweise einen rechteckförmigen geschlossenen Bahnabschnitt mit vier Teil-Bahnabschnitten auf, so kann an mindestens zwei, insbesondere an mindestens drei geradlinigen Teil-Bahnabschnitten jeweils mindestens eine Formbereitstellungseinheit angeordnet sein. Vorzugsweise ist an zwei gegenüberliegenden Teil-Bahnabschnitten jeweils mindestens eine Formbereitstellungseinheit angeordnet.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 5 gewährleistet auf einfache Weise den Aufbau des mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitts. Der geschlossene Bahnabschnitt ist vorzugsweise polygonal ausgebildet, insbesondere in Form eines Dreiecks, Vierecks, Fünfecks oder Sechsecks. Zum Verfahrrichtungswechsel sind die Richtungswechsel-Schwenkstationen insbesondere um mindestens 60°, insbesondere um mindestens 90°, insbesondere um mindestens 120°, insbesondere um mindestens 180° und insbesondere um 360° um eine zugehörige Schwenkachse verschwenkbar.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 6 gewährleistet auf einfache Weise die Ausbildung eines Wartungsbereichs und/oder eines Parkbereichs. Hierdurch wird auf einfache Weise kontinuierlich die Bereitstellung von betriebsbereiten Fertigungseinheiten gewährleistet, sodass aufgrund von Reparatur- und/oder Aufrüst- und/oder sonstigen Wartungsarbeiten keine Betriebsunterbrechungen erforderlich sind, wodurch eine hohe Produktivität gewährleistet wird. Dadurch, dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt mittels einer Richtungswechsel-Schwenkstation mit zwei geradlinigen Teil-Bahnabschnitten verbunden ist, wird die für den Verfahrrichtungswechsel ohnehin erforderliche Richtungswechsel-Schwenkstation gleichzeitig zum Aus- und Einkoppeln der mindestens zwei Fertigungseinheiten aus dem bzw. in den Herstellungsprozess benutzt. Hierdurch wird ein vergleichsweise einfacher Aufbau der Fertigungsanlage erzielt.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 7 gewährleistet eine hohe Produktivität, da durch die mindestens eine Auskoppel-Schwenkstation je nach Bedarf zugehörige Auskoppel-Bahnabschnitte mit dem geschlossenen Bahnabschnitt verbunden werden können, sodass eine bedarfsgerechte Anzahl an Wartungsstationen und/oder Parkstationen bereitstellbar ist. Ein zur Wartung dienender Auskoppel-Bahnabschnitt ist nachfolgend auch als Wartungs-Bahnabschnitt bezeichnet. Demgegenüber ist ein zur Bereitstellung einer betriebsbereiten Fertigungseinheit dienender Auskoppel-Bahnabschnitt nachfolgend auch als Park-Bahnabschnitt bezeichnet.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 8 gewährleistet auf einfache Weise eine hohe Produktivität. Dadurch, dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt zur Wartung bzw. der mindestens eine Wartungs-Bahnabschnitt im Außenraum angeordnet ist, ist dieser frei zugänglich, sodass zur Wartung eine Betriebsunterbrechung der Fertigungsanlage, beispielsweise aufgrund des Zutritts von Wartungspersonal in den Innenraum, in den Sicherheitsbereich der Fertigungsanlage oder einer Materiallieferung in den Innenraum, nicht erforderlich ist. Vorzugsweise sind alle Wartungs-Bahnabschnitte im Außenraum und insbesondere außerhalb des Sicherheitsbereichs angeordnet.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 9 gewährleistet eine hohe Produktivität der Fertigungsanlage, da in einfacher Weise eine ausreichende Anzahl an betriebsbereiten Fertigungseinheiten vorgehalten werden kann. Dadurch, dass betriebsbereite Fertigungseinheiten auf dem mindestens einen Auskoppel-Bahnabschnitt bzw. Park-Bahnabschnitt im Innenraum vorgehalten werden können, kann die Wartung der Fertigungseinheiten flexibel erfolgen. Insbesondere benötigen die Park-Bahnabschnitte keinen Bauraum im Außenraum. Vorzugsweise ist eine Auskoppel-Schwenkstation mit einem Wartungs-Bahnabschnitt im Außenraum und einem Park-Bahnabschnitt im Innenraum verbunden.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 10 gewährleistet in einfacher Weise eine hohe Produktivität, da sich Bedien- und/oder Wartungspersonal ausschließlich außerhalb des abgetrennten Sicherheitsbereichs bewegt. Zur Bedingung und/oder Wartung bzw. Aufrüstung und/oder Reparatur der Fertigungseinheiten kann sich das Personal frei außerhalb des Sicherheitsbereichs bewegen. Der Sicherheitsbereich ist beispielsweise durch ein Abtrennelement, wie beispielsweise einem Sicherheitszaun, abgetrennt. Das Abtrennelement ist im Bereich des mindestens einen Auskoppel-Bahnabschnitts offen bzw. zu öffnen und zu schließen, sodass die zu wartenden Fertigungseinheiten aus dem Sicherheitsbereich in einen Wartungsbereich verfahrbar sind.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 11 gewährleistet kurze Nebenzeiten, da der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt frei zugänglich ist. Durch die sackgassenartige Ausbildung des mindestens einen Auskoppel-Bahnabschnitts werden nicht zugänglich bzw. schwer zugängliche Innenräume vermieden.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 12 steigert die Produktivität und die Flexibilität bei der Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen. Aufgrund der mehreren geschlossenen Bahnabschnitte können mehrere gleiche und/oder unterschiedliche Faserverbundmaterial-Bauteile unabhängig voneinander hergestellt werden. Vorzugsweise weist die Fertigungsanlage mindestens zwei geschlossene Bahnabschnitte, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens sechs und insbesondere mindestens acht geschlossene Bahnabschnitte auf. Weist die Fertigungsanlage mehrere geschlossene Bahnabschnitte auf, so ist die Anzahl der geschlossenen Bahnabschnitte vorzugsweise gerade.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 13 erhöht die Flexibilität, da die Fertigungseinheiten entlang der unterschiedlichen geschlossenen Bahnabschnitte verfahrbar sind. Hierzu weisen die geschlossenen Bahnabschnitte mindestens einen gemeinsamen Bahnabschnitt bzw. Teil-Bahnabschnitt auf, der die geschlossenen Bahnabschnitte miteinander verbindet. Der gemeinsame Bahnabschnitt kann beispielsweise ein geradliniger Teil-Bahnabschnitt von mindestens zwei geschlossenen Bahnabschnitten sein, sodass eine Richtungswechsel-Schwenkstation die Fertigungseinheiten entweder auf den einen geschlossenen Bahnabschnitt und/oder auf den anderen geschlossenen Bahnabschnitt verschwenkt. Alternativ oder zusätzlich können mindestens zwei geschlossene Bahnabschnitte über einen Verbindungs-Bahnabschnitt miteinander verbunden sein, der die separaten geschlossenen Bahnabschnitte miteinander verbindet. Hierdurch wird eine flexible Zuteilung der Fertigungseinheiten zu einem gewünschten geschlossenen Bahnabschnitt ermöglicht, wodurch die Produktivität und Flexibilität gesteigert wird.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 14 gewährleistet kurze Nebenzeiten bei der Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen. Dadurch, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit an mindestens einer Seite zugänglich ist, kann die mindestens eine an dem Formträger angeordnete Bauteilform, die während des Auftragens des Fasermaterials bzw. des Faserverbundmaterials dem geschlossenen Bahnabschnitt zugewandt ist, von dem geschlossenen Bahnabschnitt durch Verschwenken abgewandt werden, sodass die mindestens eine Bauteilform bzw. das hergestellte Faserverbundmaterial-Bauteil frei zugänglich ist. Hierdurch ist ein einfacher Wechsel der mindestens einen Bauteilform bzw. ein einfaches Entformen des hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils möglich, wodurch eine kurze Nebenzeit erzielt wird. Sind an dem Formträger mindestens zwei Bauteilformen an gegenüberliegenden Seiten angeordnet, so kann während des Auftragens von Fasermaterial bzw. Faserverbundmaterial auf die eine Bauteilform die jeweils andere Bauteilform gewechselt bzw. das zugehörige Faserverbundmaterial-Bauteil entformt werden. Hierdurch werden Nebenzeiten minimiert.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 15 gewährleistet kurze Nebenzeiten. Dadurch, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit an mindestens einer Seite zugänglich ist, kann die mindestens eine Formbereitstellungseinheit an dieser Seite in einer horizontalen Richtung durch Verlagern bzw. Verfahren von dem geschlossenen Bahnabschnitt entfernt werden, sodass ein einfacherer Wechsel der mindestens einen Bauteilform bzw. ein einfacheres Entformen des mindestens einen Faserverbundmaterial-Bauteils möglich ist. Die Fertigungsanlage weist insbesondere mindestens zwei Formbereitstellungseinheiten auf, die jeweils relativ zu der Führungsbahn verlagerbar sind. Hierdurch kann eine Formbereitstellungseinheit mit einem hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteil von dem geschlossenen Bahnabschnitt entfernt und die weitere Formbereitstellungseinheit zur Herstellung eines weiteren Faserverbundmaterial-Bauteils zu dem geschlossenen Bahnabschnitt hin verlagert werden, sodass eine Produktionsunterbrechung im Wesentlichen vermieden wird. Hierdurch werden Nebenzeiten minimiert.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 16 gewährleistet in flexibler Weise die Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen mit kurzen Nebenzeiten. Die mindestens eine Formbereitstellungseinheit ist vorzugsweise in einer horizontalen Richtung relativ zu der Führungsbahn verlagerbar und/oder ermöglicht ein Verschwenken der mindestens zwei Bauteilformen bzw. des Formträgers.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 17 gewährleistet eine hohe Produktivität. Dadurch, dass die Fertigungseinheiten in einem Umlaufmodus auf dem mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt betrieben werden, können vergleichsweise viele Fertigungseinheiten bei der Herstellung eines Faserverbundmaterial-Bauteils mitwirken. Aufgrund des Umlaufmodus können nicht betriebsfähige Fertigungseinheiten zur Reparatur und/oder Wartung und/oder Aufrüstung ausgekoppelt und insbesondere durch bereitstehende betriebsbereite Fertigungseinheiten ersetzt werden.
Eine Fertigungsanlage nach Anspruch 18 gewährleistet eine hohe Produktivität. Die Fertigungseinheiten sind vollständig autark ausgebildet und können unabhängig voneinander betrieben werden. Lediglich Kollisionen der Fertigungseinheiten untereinander sind zu vermeiden. Hierzu können beispielsweise Abstandssensoren eingesetzt werden. Die Energieversorgungseinrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass die jeweilige Fertigungseinheit entlang der gesamten Führungsbahn frei verfahrbar ist. Hierzu ist die Energieversorgungseinrichtung beispielsweise als auf dem Schlitten mitgeführte Batterie oder als Schleifkontakte an der Führungsbahn zur Energieübertragung ausgebildet. Der Materialspeicher gewährleistet eine ausreichende Bereitstellung von Fasermaterial bzw. Faserverbundmaterial zum Auftragen auf die mindestens eine Bauteilform. Vorzugsweise ist die Positioniereinrichtung als Roboter ausgebildet. Die Positioniereinrichtung weist insbesondere mindestens vier, insbesondere mindestens fünf, und insbesondere mindestens sechs Schwenkachsen für das Bearbeitungswerkzeug auf. Dadurch, dass die Positioniereinrichtung auf der Führungsbahn verfahrbar ist, stellt die Führungsbahn eine zusätzliche Achse, insbesondere eine zusätzliche Linearachse für die Positioniereinrichtung bereit. Das Bearbeitungswerkzeug ist insbesondere als Faserablegekopf ausgebildet. Durch die Vielzahl der Schwenkachsen ist eine flexible Positionierung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. des Faser-ablegekopfs relativ zu der mindestens einen Bauteilform möglich. Vorzugsweise ist das Bearbeitungswerkzeug auswechselbar an der Positioniereinrichtung befestigt, sodass mittels der Fertigungsanlage eine Vielzahl von Herstellungsschritten durchführbar ist. Beispielsweise können Endeffektoren zur Qualitätsprüfung, zur Aushärtung, zur Bohr- und/oder Fräsbearbeitung als Bearbeitungswerkzeug an der Positioniereinrichtung befestigbar sein. Zusätzlich ist die Befestigung eines Endeffektors zum Handling der mindestens einen Bauteilform bzw. eines hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteils möglich. Die jeweilige Fertigungseinheit wird mittels ihrer Steuereinrichtung dezentral gesteuert, sodass keine aufwendige Datenübertragung zwischen einer Leit-Steuereinrichtung bzw. dem Leitrechner und den einzelnen Steuereinrichtungen der Fertigungseinheiten erforderlich ist. Kollisionen zwischen den einzelnen Fertigungseinheiten werden verhindert über die Programmierung der Bewegung von den einzelnen Fertigungseinheiten unter Berücksichtigung der Kollisionsrandbedingungen. Eine zusätzliche Absicherung erfolgt beispielsweise durch an den Fertigungseinheiten angeordnete Abstandssensoren, die die Bewegung der jeweiligen Fertigungseinheit in Verbindung mit der zugehörigen Steuereinrichtung dezentral überwachen. Weiterhin kann die Fertigungsanlage zur Vermeidung von Kollisionen ein Positionsüberwachungssystem aufweisen, das beispielsweise als Indoor-GPS-System ausgebildet ist. Von der Leit-Steuereinrichtung sind Daten vorzugsweise drahtlos zu den Steuereinrichtungen der Fertigungseinheiten übertragbar. Hierdurch ist der Austausch von CNC-Steuerprogrammen zwischen der Leit-Steuereinrichtung und den Steuereinrichtungen der Fertigungseinheiten einfach möglich.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das in einfacher und flexibler Weise die Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen mit hoher Produktivität ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere durch Merkmale der Ansprüche 2 bis 18 weitergebildet werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer Fertigungsanlage zur Herstellung eines Faserverbundmaterial-Bauteils mit mehreren auf einer Führungsbahn verfahrbaren Fertigungseinheiten gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Draufsicht auf die Fertigungsanlage in 1,
3 eine teilweise geschnittene Seitensicht einer auf der Führungsbahn der Fertigungsanlage in 1 verfahrbaren Fertigungseinheit,
4 eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsanlage gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
7 eine schematische Draufsicht auf eine Fertigungsanlage gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend ist anhand der 1 bis 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Fertigungsanlage 1 weist zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen 2 eine Formbereitstellungseinheit 3, eine Führungsbahn 4 sowie acht auf der Führungsbahn 4 verfahrbar angeordnete Fertigungseinheiten 5 auf, die im Einzelnen mit 5.1 bis 5.8 bezeichnet sind. Die Formbereitstellungseinheit 3 und die Führungsbahn 4 sind beispielsweise auf einer Fundamentplatte 6 befestigt.
Die Führungsbahn 4 umfasst einen geschlossenen Bahnabschnitt 7, der rechteckförmig ausgebildet ist. Der geschlossene Bahnabschnitt 7 wird durch einen ersten geradlinigen x-Teil-Bahnabschnitt 8, durch einen ersten geradlinigen y-Teil-Bahnabschnitt 9, durch einen zweiten geradlinigen x-Teil-Bahnabschnitt 10 und einen zweiten geradlinigen y-Teil-Bahnabschnitt 11 gebildet, die durch Richtungswechsel-Schwenkstationen 12 bis 15 zu dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden sind. Die x-Teil-Bahnabschnitte 8, 10 verlaufen parallel zueinander in einer horizontalen x-Richtung, wohingegen die y-Teil-Bahnabschnitte 9, 11 parallel zueinander und in einer horizontalen y-Richtung verlaufen. Die Richtungswechsel-Schwenkstationen 12 bis 15 verbinden jeweils benachbarte Teil-Bahnabschnitte 8 und 9, 9 und 10, 10 und 11, 11 und 8 und sind um jeweils zugehörige Schwenkachsen 16 bis 19 verschwenkbar. Die Schwenkachsen 16 bis 19 verlaufen parallel zu einer vertikalen z-Richtung. Die x-, y- und z-Richtung verlaufen jeweils senkrecht zueinander und bilden ein kartesisches Koordinatensystem. Zum Verfahrrichtungswechsel der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 sind die Richtungswechsel-Schwenkstationen 12 bis 15 um mindestens 90° um ihre jeweilige Schwenkachse 16 bis 19 verschwenkbar. Vorzugsweise sind die Richtungswechsel-Schwenkstationen um mindestens 180°, insbesondere um mindestens 360° verschwenkbar.
Der geschlossene Bahnabschnitt 7 begrenzt einen Innenraum I, der durch den geschlossenen Bahnabschnitt 7 von einem Außenraum A abgetrennt ist. Die Formbereitstellungseinheit 3 ist in dem Außenraum A angeordnet. Die Formbereitstellungseinheit 3 weist einen Formträger 20 auf, an dem gegenüberliegend zwei Bauteilformen 21, 22 angeordnet sind. Die Bauteilformen 21, 22 sind beispielsweise als Negativformen für Flugzeugflügelhälften und/oder für Rumpfbauteile im Flugzeug- und/oder Schiffsbau ausgebildet. Der Formträger 20 ist an zwei in der x-Richtung beabstandeten Stützen 23, 24 verschwenkbar gelagert. Der Formträger 20 ist mittels eines Antriebsmotors 26 um eine parallel zu der x-Richtung verlaufende Schwenkachse 27 verschwenkbar. An dem Formträger 20 sind an gegenüberliegenden Seiten die Bauteilformen 21, 22 befestigt. Alternativ kann der Formträger 20 fest an den Stützen 23, 24 befestigt sein, wobei an dem Formträger 20 nur eine Bauteilform 21 angeordnet und dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 zugewandt ist. Zum Auftragen von Fasermaterial 28 bzw. Faserverbundmaterial auf eine der Bauteilformen 21, 22 mittels der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 ist die Formbereitstellungseinheit 3 entlang des ersten x-Teil-Bahnabschnitts 8 angeordnet. Die Formbereitstellungseinheit 3 ist somit an einer dem ersten x-Teil-Bahnabschnitt 8 zugewandten ersten y-Seite nicht zugänglich bzw. von diesem begrenzt, wohingegen eine gegenüberliegende zweite y-Seite sowie beide in der x-Richtung liegende x-Seiten frei zugänglich sind. Die Formbereitstellungseinheit 3 ist somit nur an einer Seite durch den geschlossenen Bahnabschnitt 7 begrenzt.
Die Führungsbahn 4 umfasst acht sackgassenartig ausgebildete Auskoppel-Bahnabschnitte 29 bis 36, die mit dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden sind. Die Auskoppel-Bahnabschnitte 29 bis 36 sind geradlinig ausgebildet. Die Auskoppel-Bahnabschnitte 29 bis 33 dienen zur Wartung bzw. Aufrüstung der Fertigungseinheiten 5.1. bis 5.8 und sind nachfolgend auch als Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 bezeichnet. Demgegenüber dienen die Auskoppel-Bahnabschnitte 34 bis 36 zur Bereitstellung betriebsbereiter Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 und sind nachfolgend auch als Park-Bahnabschnitte bezeichnet.
Die Wartungs-Bahnabschnitte 29 und 33 sind mittels der für den Verfahrrichtungswechsel ohnehin erforderlichen Richtungswechsel-Schwenkstationen 13 und 14 mit dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden. Die Wartungs-Bahnabschnitte 29 und 33 verlaufen parallel zu der y-Richtung und fluchtend zu den y-Teil-Bahnabschnitten 9 und 11. Die Wartungs-Bahnabschnitte 30 bis 32 sind mittels Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39, die in dem zweiten x-Teil-Bahnabschnitt 10 angeordnet sind, mit dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden. Die Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39 sind vorzugsweise in der x-Richtung gleichmäßig zwischen den Richtungswechsel-Schwenkstationen 13 und 14 beabstandet. Die Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39 weisen zugehörige Schwenkachsen 41 bis 43 auf, die parallel zu der z-Richtung verlaufen. Die Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39 sind um mindestens 90° um die zugehörigen Schwenkachsen 41 bis 43, insbesondere um mindestens 180° und insbesondere um mindestens 360° verschwenkbar. Die Wartungs-Bahnabschnitte 30 bis 32 verlaufen parallel zu der y-Richtung. Die Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 sind in dem Außenraum A angeordnet. Zwischen den Wartungs-Bahnabschnitten 29 bis 33 sind Wartungsstationen M angeordnet.
Die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 sind mittels der Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39 mit dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden. Da die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 lediglich zur Bereitstellung betriebsbereiter Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 dienen sind die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 gegenüberliegend zu den Wartungs-Bahnabschnitten 30 bis 32 in dem Innenraum I angeordnet. Die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 fluchten vorzugsweise mit den Wartungs-Bahnabschnitten 30 bis 32.
Die Formbereitstellungseinheit 3, der geschlossene Bahnabschnitt 7 sowie die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 sind innerhalb eines baulich abgetrennten Sicherheitsbereichs S angeordnet. Der Sicherheitsbereich S ist durch ein Abtrennelement T baulich abgetrennt, das beispielsweise als Sicherheitszaun ausgebildet ist. Innerhalb des Sicherheitsbereichs S und innerhalb des Innenraums I ist ein Parkbereich P ausgebildet, der durch die Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 Parkstationen bildet. Ein Wartungsbereich W ist außerhalb des Sicherheitsbereichs S in dem Außenraum A ausgebildet. Der Wartungsbereich W wird durch die Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 und die zugehörigen Wartungsstationen M gebildet und ist frei zugänglich. Die Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 erstrecken sich ausgehend von dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 in dem Sicherheitsbereich S durch das Abtrennelement T in den Wartungsbereich W. Zum Verfahren der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 in den Wartungsbereich W ist das Abtrennelement T im Bereich der Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 zu öffnen und wieder zu schließen. Das Abtrennelement T umfasst beispielsweise im Bereich der Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 Türen, die mittels einer Lichtschranke zu öffnen und zu schließen sind. Entsprechend ist für einen Wechsel der Bauteilformen 21, 22 bzw. für des Entformen von hergestellten Faserverbundmaterial-Bauteilen 2 das Abtrennelement T im Bereich der Formbereitstellungseinheit 3 zu öffnen und wieder zu schließen.
Die Führungsbahn 4 weist ein Traggestell 45 auf, das mit der Fundamentplatte 6 verbunden ist. An dem Traggestell 45 sind zwei seitliche Führungen 46 angeordnet, an denen die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 geführt sind. In einer mittigen Führungsnut 47 ist eine Zahnleiste 48 zum Verfahren der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 angeordnet. Seitlich an dem Traggestell 45 sind Schleifkontakte 49 angeordnet, die zur Energieübertragung auf die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 mit einer zentralen Energieversorgung 50 verbunden sind. Die Schwenkstationen 12 bis 15 und 37 bis 39 bilden schwenkbare Bahnabschnitte der Führungsbahn 4 bzw. schwenkbare Teil-Bahnabschnitte des geschlossenen Bahnabschnitts 7. Die Schwenkstationen 12 bis 15 und 37 bis 39 sind wie oben beschrieben ausgebildet, jedoch zusätzlich mittels eines jeweiligen nicht näher dargestellten Antriebsmotors verschwenkbar.
Die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 sind autark ausgebildet und unabhängig voneinander verfahrbar. Die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 sind baugleich ausgebildet so dass nachfolgend lediglich eine Fertigungseinheit beschrieben ist, die in 3 mit 5 bezeichnet ist. Die Fertigungseinheit 5 weist einen Schlitten 51 auf, der an den Führungen 46 und der Führungsnut 47 gelagert und geführt ist. An einer Unterseite des Schlittens 51 ist ein Antriebsmotor 52 befestigt, der über ein Winkelgetriebe 53 ein Zahnrad 54 drehantreibt. Das Zahnrad 54 ist in Eingriff mit der Zahnleiste 48, sodass die jeweilige Fertigungseinheit 5 auf der Führungsbahn 4 verfahrbar ist.
Die Oberseite des Schlittens 51 dient als Plattform für eine Positioniereinrichtung 55, zwei kühlbare Materialspeicher 56, eine Kühleinrichtung 57, eine Energieversorgungseinrichtung 58 und eine Steuereinrichtung 59. Die Positioniereinrichtung 55 ist als Roboter bzw. Industrieroboter ausgebildet. Ein Grundgestell 60 ist fest an dem Schlitten 51 angeordnet. An dem Grundgestell 60 ist ein als Karussell bezeichnetes Schwenkteil 61 angeordnet, an dem wiederum drei endseitig miteinander verbundene Schwenkarme 62, 63, 64 angeordnet sind. Der Schwenkarm 63 ist zweiteilig ausgebildet und weist zwei Schwenkteile 65, 66 auf, die um ihre Mittellängsachse 67 relativ zueinander verschwenkbar sind. Entsprechend ist der schwenkarm 64 zweiteilig ausgebildet und weist zwei Schwenkteile 68, 69 auf, die um eine Mittellängsachse 70 relativ zueinander verschwenkbar sind. An dem Schwenkarm 64 ist endseitig ein als Faserablegekopf ausgebildetes Bearbeitungswerkzeug 71 angeordnet. Das Bearbeitungswerkzeug 71 ist somit um sechs Schwenkachsen 72, 73, 74, 75, 67 und 70 mittels zugehöriger Antriebsmotoren 76, 77, 78, 79, 80 und 81 verschwenkbar.
Das als Faserablegekopf ausgebildete Bearbeitungswerkzeug 71 dient zum Auftragen des Fasermaterials 28 bzw. des Faserverbundmaterials auf die Bauteilformen 21, 22. Zur Bereitstellung des Fasermaterials 28 sind die Materialspeicher 56 auf dem Schlitten 51 angeordnet. Die Materialspeicher 56 weisen jeweils ein Gehäuse 82 auf, in dessen Innenraum 83 mehrere Materialrollen 84 und zugehörige Umlenkrollen 85 drehbar gelagert sind. Das Fasermaterial 28 ist über mehrere Umlenkrollen 85 aus dem jeweiligen Materialspeicher 56 zu dem Bearbeitungswerkzeug 71 geführt. Das Fasermaterial 28 ist mittels des Bearbeitungswerkzeuges 71 durch Ausüben einer Zugkraft aus den Materialspeichern 56 entnehmbar. Der Innenraum 83 ist mittels der Kühleinrichtung 57 kühlbar. Das Bearbeitungswerkzeug 71 ist auswechselbar an dem Schwenkarm 64 befestigt, sodass dieses durch anderes Bearbeitungswerkzeug bzw. einen anderen Endeffektor 71 ersetzbar ist.
Zum freien Verfahren der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 weist die Energieversorgungseinrichtung 82 Schleifkontakte 86 auf, die in Kontakt mit den Schleifkontakten 49 sind. Hierdurch ist elektrische Energie von der zentralen Energieversorgung 50 zu der Energieversorgungseinrichtung 58 übertragbar, sodass alle auf dem Schlitten 51 angeordnete Verbraucher mit elektrischer Energie versorgbar sind.
Die Fertigungsanlage 1 weist eine Leit-Steuereinrichtung 87 auf, die über ein drahtloses Netzwerk mit den Steuereinrichtungen 59 der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 zur Übertragung von Daten in Signalverbindung steht. Die Leit-Steuereinrichtung 87 dient beispielsweise zur Übertragung von CNC-Steuerprogammen für die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 oder zur Einleitung eines zentralen Not-Aus. Die Steuerung der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 erfolgt dezentral mittels der jeweiligen Steuereinrichtung 59. Die Steuereinrichtungen 59 sind somit derart ausgebildet, dass ein Verfahren der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 unabhängig von der Leit-Steuereinrichtung 87 möglich ist.
Die Betriebsweise der Fertigungsanlage 1 ist wie folgt:
Zur Herstellung eines Faserverbundmaterial-Bauteils 2 werden mehrere der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 in einem Umlaufmodus entlang des geschlossenen Bahnabschnitts 7 in einer Umlaufrichtung 88 verfahren. Während des Verfahrens entlang des ersten x-Teil-Abschnitts 8 legen die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 mittels der Faserablegeköpfe 71 Fasermaterial 28 bzw. Faserverbundmaterial auf der zugewandten Bauteilform 21 ab. Durch das mehrfache Verfahren der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 auf dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 wird eine kontinuierliche und produktive Herstellung des Faserverbundmaterial-Bauteils 2 gewährleistet.
Ist das Faserverbundmaterial-Bauteil 2 fertig gestellt, wird der Formträger 20 um die Schwenkachse 27 verschwenkt, sodass die leere Bauteilform 22 dem ersten x-Teil-Bahnabschnitt 8 zugewandt ist. Die Herstellung eines weiteren Faserverbundmaterial-Bauteils 2 wird durch Auftragen von Fasermaterial 28 auf die Bauteilform 22 unmittelbar fortgesetzt. Das fertig gestellte Faserverbundmaterial-Bauteil 2 kann in der Bauteilform 21 aushärten und anschließend ohne Unterbrechung des Herstellungsprozesses entformt werden. Alternativ kann die Bauteilform 21 an dem Formträger 20 ohne eine Unterbrechung des Herstellungsprozesses gewechselt werden. Hierzu ist lediglich das Abtrennelement T im Bereich der Formbereitstellungseinheit 3 zu öffnen und anschließend wieder zu schließen.
Zur Aufrüstung und/oder Wartung und/oder Reparatur der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 werden diese mittels der Richtungswechsel-Schwenkstationen 13, 14 bzw. der Auskoppel-Schwenkstationen 37 bis 39 auf die Wartungs-Bahnabschnitte 29 bis 33 verfahren. Hierzu ist lediglich das Abtrennelement T zu öffnen und anschließend wieder zu schließen, sodass die aufzurüstenden bzw. zu wartenden bzw. die zu reparierenden Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 sich außerhalb des Sicherheitsbereichs S in dem Wartungsbereich W befinden. In den Wartungsstationen M kann Wartungs- bzw. Bedienpersonal gefahrlos die Aufrüstung und/oder Wartung und/oder Reparatur der Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 durchführen.
Betriebsbereite Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8, die zunächst nicht in den Herstellungsprozess eingegliedert werden sollen, können zwischenzeitlich auf einen der Park-Bahnabschnitte 34 bis 36 in den Parkbereich P verfahren werden und von dort bei Bedarf wieder in den Herstellungsprozess eingegliedert werden.
Dadurch, dass die Formbereitstellungseinheit 3 in dem Außenraum A angeordnet ist, ist eine einfache, flexible und produktive Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen 2 möglich, da sowohl die Hauptzeiten für die eigentliche Herstellung als auch die Nebenzeiten für das Entformen der fertig gestellten Faserverbundmaterial-Bauteile 2 und/oder die Nebenzeiten für einen Bauteilformwechsel minimal sind. Zudem ist die Fertigungsanlage 1 vergleichsweise einfach aufgebaut, da insbesondere der Aufwand und die Herstellungskosten für die Führungsbahn 4 minimiert sind.
Nachfolgend ist anhand von 4 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Fertigungsanlage 1a vier Formbereitstellungseinheiten 3 auf, die im Einzelnen mit 3.1 bis 3.4 bezeichnet sind. Die Formbereitstellungseinheiten 3.1 und 3.2 sind entlang des ersten x-Teil-Bahnabschnitts 8 angeordnet, wohingegen die Formbereitstellungseinheit 3.3 entlang des ersten y-Teil-Bahnabschnitts 9 und die Formbereitstellungseinheit 3.4 entlang des zweiten y-Teil-Bahnabschnitts 11 angeordnet ist. Somit sind entlang des geschlossenen Bahnabschnitts 7 vier Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 angeordnet, die die gleichzeitige Herstellung von vier Faserverbundmaterial-Bauteilen 2.1 bis 2.4 ermöglichen. Die Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 sind zur Herstellung gleicher und/oder unterschiedlicher Faserverbundmaterial-Bauteile 2.1 bis 2.4 gleich und/oder unterschiedlich ausgebildet. Beispielsweise sind die Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus der Fertigungsanlage 1a sowie deren Betriebsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von 5 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreiben. Im Unterschied zu den vorangegangen Ausführungsbeispielen weist die Fertigungsanlage 1b zusätzlich einen L-förmigen Bahnabschnitt 89 auf, der mittels der Richtungswechsel-Schwenkstation 12 mit dem geschlossenen Bahnabschnitt 7 verbunden. Der L-förmige Bahnabschnitt 89 ist gebildet durch einen dritten geradlinigen y-Teil-Bahnabschnitt 90, eine Richtungswechsel-Schwenkstation 91 und einen dritten geradlinigen x-Teil-Bahnabschnitt 92. Der dritte y-Teil-Bahnabschnitt 90 fluchtet mit dem ersten y-Teil-Bahnabschnitt 9, sodass die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 in y-Richtung entlang der Formbereitstellungseinheit 3 verfahrbar sind. Mittels der Richtungswechsel-Schwenkstation 91 sind die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 zum Verfahrrichtungswechsel um eine zugehörige Schwenkachse 93 in Richtung des dritten x-Teil-Bahnabschnitts 92 verschwenkbar. Der dritte x-Teil-Bahnabschnitt 92 verläuft parallel zu dem ersten x-Teil-Bahnabschnitt 8 an einer gegenüberliegenden Seite der Formbereitstellungseinheit 3. Die Formbereitstellungseinheit 3 ist somit von dem L-förmigen Bahnabschnitt 89 und dem ersten x-Teil-Bahnabschnitt 8 U-förmig umgeben. Die Herstellung eines Faserverbundmaterial-Bauteils 2 erfolgt in der bereits beschriebenen Weise. Nach Fertigstellung eines Faserverbundmaterial-Bauteils 2 wird der Formträger 20 um die Schwenkachse 27 verschwenkt, sodass die Bauteilform 21 mit dem fertig gestellten Faserverbundmaterial-Bauteil 2 dem dritten x-Teil-Bahnschnitt 92 und die Bauteilform 22 dem ersten x-Teil-Bahnabschnitt 8 zugewandt wird. Dies ist in 5 dargestellt. Die Herstellung eines weiteren Faserverbundmaterial-Bauteils 2 an der Bauteilform 22 kann nun fortgesetzt werden. Parallel dazu kann das fertige Faserverbundmaterial-Bauteil 2 in der Bauteilform 21 nachfolgenden Bearbeitungsschritten zugeführt werden, wie Teilmontagen, Bearbeitung, Vorbereitung für die Aushärtung und Entformung. Hierzu wurden beispielsweise die Fertigungseinheiten 5.3 und 5.5 mit entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen 71 versehen und zu dem dritten x-Teil-Bahnabschnitt 92 verfahren.
Mittels der Fertigungseinheit 5.3 und 5.5 kann das in der Bauteilform 21 befindliche Faserverbundmaterial-Bauteil 2 durch Bohren und/oder Fräsen bearbeitet bzw. nachbearbeitet und/oder entformt werden sowie Folien und andere Fertigungshilfsstoffe aufgetragen werden. Zum Entformen ist das Bearbeitungswerkzeug 71 als Handling-Werkzeug ausgebildet, sodass die Fertigungseinheiten 5.3 und 5.5 das Faserverbundmaterial-Bauteil 2 entformen und handhaben können. Beispielsweise können die Fertigungseinheiten 5.3 und 5.5 das Faserverbundmaterial-Bauteil 2 aus dem Sicherheitsbereich S befördern, wo dieses dann abtransportiert wird. Entsprechendes gilt für einen Wechsel der Bauteilform 21. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus der Fertigungsanlage 1b sowie deren Betriebsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von 6 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangen Ausführungsbeispielen weist die Fertigungsanlage 1c vier Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 auf, die paarweise und verlagerbar bzw. verfahrbar an den x-Teil-Bahnabschnitten 8 und 10 angeordnet sind. Die Formbereitstellungseinheiten 3.1 und 3.2 sind auf ersten x-Schienen 94 in der x-Richtung verfahrbar, sodass jeweils eine der Formbereitstellungseinheiten 3.1 oder 3.2 entlang des ersten x-Teil-Bahnabschnitts 8 positionierbar ist. Das Verfahren der Formbereitstellungseinheiten 3.1 und 3.2 erfolgt beispielsweise elektromotorisch. Die jeweils andere Formbereitstellungseinheit 3.1 oder 3.2 ist seitlich außerhalb des Sicherheitsbereichs S positionierbar, sodass ein fertig hergestelltes Faserverbundmaterial-Bauteil 2.1 bzw. 2.2 entformbar bzw. die Bauteilform 21, 22 wechselbar ist. Die Formbereitstellungseinheiten 3.1 und 3.2 können hierzu jeweils mit zwei Bauteilformen 21, 22 versehen sein und/oder eine Schwenkachse 27 aufweisen. Entsprechendes gilt für die Formbereitstellungseinheiten 3.3 und 3.4, die auf zweiten x-Schienen 95 abwechselnd entlang des zweiten x-Teil-Bahnabschnitts 10 positionierbar sind.
In dem ersten y-Teil-Bahnabschnitt 9 sind zwei Auskoppel-Schwenkstationen 37, 38 angeordnet, die um zugehörige Schwenkachsen 41, 42 verschwenkbar sind und den ersten y-Teil-Bahnabschnitt 9 mit zugehörigen Auskoppel-Bahnabschnitten 29, 30 und 33, 34 verbinden. Entsprechend sind in dem zweiten y-Teil-Bahnabschnitt 11 zwei Auskoppel-Schwenkstationen 39, 40 angeordnet, die um zugehörige Schwenkachsen 43, 44 verschwenkbar sind und den zweiten y-Teil-Bahnabschnitt 11 mit zugehörigen Auskoppel-Bahnabschnitten 31, 32 und 35, 36 verbinden. Die Auskoppel-Bahnabschnitte 29 bis 32 bilden Wartungs-Bahnabschnitte im Außenraum A mit einem jeweils zugehörigen Wartungsbereich W aus, demgegenüber bilden die Auskoppel-Bahnabschnitte 33 bis 36 Park-Bahnabschnitte im Innenraum I mit einem zugehörigen Parkbereich P aus. Aufgrund der verfahrbaren Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 können an jeweils zwei der Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 entsprechende Faserverbundmaterial-Bauteile 2.1 bis 2.4 hergestellt werden, wohingegen an den jeweils zwei anderen der Formbereitstellungseinheiten 3.1 bis 3.4 fertig hergestellte Faserverbundmaterial-Bauteile 2.1 bis 2.4 entformt bzw. Bauteilformen 21, 22 gewechselt werden können. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus der Fertigungsanlage 1c sowie deren Betriebsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Nachfolgend ist anhand von 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weist die Fertigungsanlage 1d eine Führungsbahn 4 mit insgesamt vier geschlossenen Bahnabschnitten 7 auf, die im Einzelnen mit 7.1 bis 7.4 bezeichnet sind. Die geschlossenen Bahnabschnitte 7.1 bis 7.4 begrenzen jeweils einen Innenraum I₁ bis I₄ und trennen diesen jeweils von dem Außenraum A ab. Die geschlossenen Bahnabschnitte 7.1 bis 7.4 weisen – wie bereits oben beschrieben – jeweils die vier Teil-Bahnabschnitte 8 bis 11 und die vier zugehörigen Richtungswechsel-Schwenkstationen 12 bis 15 auf. Die geschlossenen Bahnabschnitte 7.1 und 7.2 sowie die geschlossenen Bahnabschnitte 7.3 und 7.4 bilden jeweils die Form einer Acht, sodass die geschlossenen Bahnabschnitte 7.1 und 7.2 sowie 7.3 und 7.4 die Richtungswechsel-Schwenkstationen 13 und 14 sowie den zweiten x-Teil-Bahnabschnitt 10 gemeinsam haben. Entlang der ersten x-Teil-Bahnabschnitte 8 ist jeweils eine Formbereitstellungseinheit 3.1 bis 3.4 angeordnet. In den y-Teil-Bahnabschnitten 9 und 11 ist jeweils eine Auskoppel-Schwenkstation 37 und 38 angeordnet, die die Auskoppel-Bahnabschnitte 29 und 33 mit dem ersten y-Teil-Bahnabschnitt 9 und die Auskoppel-Bahnabschnitte 30 und 34 mit dem zweiten y-Teil-Bahnabschnitt 11 verbindet. Die Auskoppel-Bahnabschnitte 29 und 30 bilden Wartungs-Bahnabschnitte aus, die sich aus dem Sicherheitsbereich S in einen zugehörigen Wartungsbereich W erstrecken. Demgegenüber bilden die Auskoppel-Bahnabschnitte 33 und 34 Park-Bahnabschnitte, die sich in einen zugehörigen Parkbereich P in einen der Innenräume I₁ bis I₄ erstrecken. Die geschlossenen Bahnabschnitte 7.1 bzw. 7.2 sind mittels eines Verbindungs-Bahnabschnitts 96 mit den geschlossenen Bahnabschnitten 7.3 bzw. 7.4 verbunden. Der Verbindungs-Bahnabschnitt 96 ist fluchtend zu den zweiten x-Teil-Bahnabschnitten 10 zwischen den Richtungswechsel-Schwenkstationen 13 und 14 angeordnet. Zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen 2.1 bis 2.4 sind die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 in einfacher und flexibler Weise auf den geschlossenen Bahnabschnitten 7.1 bis 7.4 umlaufend betreibbar. Die Fertigungseinheiten 5.1 bis 5.8 können in einfacher Weise zwischen den geschlossenen Bahnabschnitten 7.1 bis 7.4 wechseln. Insbesondere sind auf den geschlossenen Bahnabschnitten 7.1 bis 7.4 mindestens 16, insbesondere mindestens 24 und insbesondere mindestens 32 Fertigungseinheiten 5 betreibbar. Die Fertigungsanlage 1d ist modular aufgebaut und kann durch weitere Verbindungs-Bahnabschnitte 96 und weitere geschlossene Bahnabschnitte 7 mit zugehörigen Formbereitstellungseinheiten 3 beliebig erweitert werden. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus der Fertigungsanlage 1d sowie deren Betriebsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.
Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden. Die erfindungsgemäßen Fertigungsanlagen 1, 1a bis 1d sind insbesondere für das Fibre-Placement und/oder das Tape-Laying und/oder für andere Ablegeverfahren und/oder Bearbeitungsverfahren einsetzbar. Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage 1, 1a bis 1d ist insbesondere modular aufgebaut, sodass geschlossene Bahnabschnitte, Auskoppel-Bahnabschnitte, Schwenkstationen, Formbereitstellungseinheiten und/oder Fertigungseinheiten mit entsprechenden Bearbeitungswerkzeugen einfach und flexibel zu einer bedarfsgerechten Fertigungsanlage kombinierbar sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010015027 A1 [0002]
WO 2012/028531 A1 [0003]

Claims

Fertigungsanlage zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen mit – mindestens einer Formbereitstellungseinheit (3; 3.1 bis 3.4), die einen Formträger (20) zur Anordnung mindestens einer Bauteilform (21, 22) für ein Faserverbundmaterial-Bauteil (2; 2.1 bis 2.4) aufweist, – einer Führungsbahn (4), wobei – die Führungsbahn (4) mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) aufweist, – der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) einen zugehörigen Innenraum (I; I₁ bis I₄) von einem Außenraum (A) trennt, – mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) zum Auftragen eines Fasermaterials (28) auf die mindestens eine Bauteilform (21, 22), die auf dem mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) umlaufend verfahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3; 3.1 bis 3.4) in dem Außenraum (A) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3; 3.1 bis 3.4) an höchstens drei Seiten von dem mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) begrenzt ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) mindestens einen geradlinigen Teil-Bahnabschnitt (8; 8, 9, 11; 8, 10) aufweist, und dass entlang des geradlinigen Teil-Bahnabschnitts (8; 8, 9, 11; 8, 10) in dem Außenraum (A) die mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3; 3.1 bis 3.4) angeordnet ist, insbesondere mindestens zwei Formbereitstellungseinheiten (3.1, 3.2) angeordnet sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7) mindestens zwei geradlinige Teil-Bahnabschnitte (8, 9, 11; 8, 10), insbesondere mindestens drei geradlinige Teil-Bahnabschnitte (8, 9, 11), aufweist, und dass entlang der geradlinigen Teil-Bahnabschnitte (8, 9, 11; 8, 10) jeweils mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3.1 bis 3.4) in dem Außenraum (A) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) mindestens zwei geradlinige Teil-Bahnabschnitte (8 bis 11), insbesondere mindestens drei geradlinige Teil-Bahnabschnitte (8 bis 11), insbesondere mindestens vier geradlinige Teil-Bahnabschnitte (8 bis 11), aufweist, dass die benachbarten geradlinigen Teil-Bahnabschnitte (8 bis 11) zum Verfahrrichtungswechsel einen Winkel von ungleich 180° einschließen, und dass die benachbarten geradlinigen Teil-Bahnabschnitte (8 bis 11) durch eine Richtungswechel-Schwenkstation (12 bis 15) zum Verschwenken der mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) miteinander verbunden sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtungswechsel-Schwenkstation (13, 14) zwei geradlinige Teil-Bahnabschnitte (9 bis 11) des mindestens einen geschlossenen Bahnabschnitts (7) zum Verfahrrichtungswechsel der mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) und mindestens einen Auskoppel-Bahnabschnitt (29, 33) zur Wartung und/oder Bereitstellung der Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) miteinander verbindet.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) mindestens einen geradlinigen Teil-Bahnabschnitt (10; 9, 11) aufweist, dass in dem geradlinigen Teil-Bahnabschnitt (10; 9, 11) mindestens eine Auskoppel-Schwenkstation (37 bis 39; 37 bis 40; 37, 38) angeordnet ist, die den geradlinigen Teil-Bahnabschnitt (10; 9, 11) und mindestens einen Auskoppel-Bahnabschnitt (30 bis 32, 34 bis 36; 29 bis 36; 29, 30, 33, 34) zur Wartung und/oder Bereitstellung der Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) miteinander verbindet.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) mit mindestens einem Auskoppel-Bahnabschnitt (29 bis 33; 29 bis 32; 29, 30) zur Wartung der Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) verbunden ist, und dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt (29 bis 33; 29 bis 32; 29, 30) im Außenraum (A) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) mit mindestens einem Auskoppel-Bahnabschnitt (34 bis 36; 33 bis 36; 33, 34) zur Bereitstellung betriebsbereiter Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) verbunden ist, und dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt (34 bis 36; 33 bis 36; 33, 34) in dem Innenraum (I; I₁ bis I₄) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine geschlossene Bahnabschnitt (7; 7.1 bis 7.4) innerhalb eines baulich abgetrennten Sicherheitsbereichs (S) angeordnet ist und dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt (29 bis 33; 29 bis 32; 29, 30) zur Wartung der Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) teilweise außerhalb des Sicherheitsbereichs (S) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Auskoppel-Bahnabschnitt (29 bis 36; 29, 30, 33, 34) sackgassenartig ausgebildet ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (4) mehrere geschlossene Bahnabschnitte (7.1 bis 7.4) umfasst, die jeweils einen Innenraum (I₁ bis I₄) von dem Außenraum (A) trennen, und dass entlang der mehreren geschlossenen Bahnabschnitte (7.1 bis 7.4) mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3.1 bis 3.4) im Außenraum (A) angeordnet ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geschlossenen Bahnabschnitte (7.1 bis 7.4) miteinander verbunden sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Formträger (20) verschwenkbar ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3.1 bis 3.4) in einer horizontalen Richtung relativ zu der Führungsbahn (4) verlagerbar ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Formbereitstellungseinheit (3; 3.1 bis 3.4) einen Formträger (20)° aufweist, an dem mindestens zwei Bauteilformen (21, 22) befestigbar sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch mindestens fünf, insbesondere mindestens sechs, und insbesondere mindestens acht Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8), die autark ausgebildet und unabhängig voneinander verfahrbar sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) jeweils umfassen: – einen auf der Führungsbahn (4) verfahrbaren Schlitten (51), – eine an dem Schlitten (51) angeordnete Positioniereinrichtung (55), – ein an der Positioniereinrichtung (55) angeordnetes Bearbeitungswerkzeug (71) zum Auftragen des Fasermaterials (28), – einen Materialspeicher (56) zur Bereitstellung des Fasermaterials (28), der insbesondere kühlbar ist, – eine Energieversorgungseinrichtung (58) und – eine Steuereinrichtung (59).
Verfahren zur Herstellung von Faserverbundmaterial-Bauteilen umfassend die Schritte: – Bereitstellen einer Fertigungsanlage (1; 1a bis 1d) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, und – Mehrfaches Verfahren der mindestens zwei Fertigungseinheiten (5.1 bis 5.8) entlang des geschlossenen Bahnabschnitts (7; 7.1 bis 7.4) und Ablegen von Fasermaterial (28) auf mindestens einer Bauteilform (21, 22).