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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ablegekopf zum automatisierten Ablegen eines flächigen Materials (z. B. CFK-Gewebelagen), auf eine Ablegefläche (z. B. Laminierform eines Formwerkzeuges) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Verwendung eines derartigen Ablegekopfes.
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Ein derartiger Ablegekopf bzw. eine Vorrichtung zum Auflegen von ein- oder beidseits folienbedecktem Bandmaterial auf eine Arbeitsfläche ist aus der
EP 0 443 308 A1 bekannt. Der bekannte Ablegekopf umfasst eine drehbar gelagerte Materialspenderrolle (Vorratsrolle) von aufgewickeltem Material und eine Förder- und Ablegeeinrichtung. Letztere umfasst ein System zum Abwickeln und Fördern von Material von der Vorratsrolle und eine Anpressrolle (Drapierwalze) zum Ablegen (Drapieren) von zugeführtem Material auf die Ablegefläche. Die konkrete Gestaltung der Drapierwalze sowie konstruktive Details ihrer Lagerung und ihres Antriebes sind hierbei nicht näher beschrieben.
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In der Praxis wäre es wünschenswert, einen derartigen Ablegkopf auch zum automatisierten Ablegen von relativ breiten Materialbahnen nutzen zu können, insbesondere auch zum Ablegen auf kompliziert gekrümmten Ablegeflächen, wofür der bekannte Ablegekopf jedoch nicht gut geeignet ist.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zuverlässiges automatisiertes Ablegen eines flächigen Materials auf eine Ablegefläche insbesondere auch dann zu ermöglichen, wenn das abzulegende Material eine vergleichsweise große Breite und/oder die Ablagefläche eine nennenswerte Krümmung besitzt.
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Der erfindungsgemäße Ablegekopf ist dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Breite der Drapierwalze wenigstens eine Antriebseinheit zum Drehantreiben der Drapierwalze mittels eines am Umfang der Drapierwalze angreifenden Treibriemens vorgesehen ist.
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Damit kann die Drapierwalze auch dann zuverlässig und insbesondere z. B. gleichmäßig drehangetrieben werden, wenn diese eine vergleichsweise große Breite besitzt. Je nach zu erwartender mechanischer Beanspruchung der Drapierwalze können im Verlauf der Breite der Drapierwalze insbesondere mehrere Antriebseinheiten zum jeweiligen (lokalen) Drehantreiben der Drapierwalze in den betreffenden Bereichen vorgesehen werden.
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In einer Ausführungsform weist der Umfang der Drapierwalze im Bereich des Treibriemens eine radiale Einbuchtung auf.
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Eine solche Einbuchtung kann verschiedene Vorteile bieten. Zum einen kann damit z. B. vermieden werden, dass die Dicke des Treibriemens am Umfang der Drapierwalze ”aufträgt”, d. h. eine durch den Treibriemen selbst verursachte lokale radiale Ausbuchtung entsteht. Vielmehr kann der Treibriemen wenigstens teilweise, insbesondere vollständig versenkt in der Einbuchtung angeordnet sein, so dass eine Außenfläche des Treibriemens z. B. vorteilhaft im Wesentlichen bündig mit der Außenumfangsfläche der Drapierwalze beiderseits benachbart des Treibriemens angeordnet sein kann.
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Unabhängig davon kann eine solche Einbuchtung auch eine unerwünschte Querverlagerung des Treibremens (in Richtung der Breite der Drapierwalze) verhindern, indem der Treibriemen wenigstens teilweise in der Einbuchtung der Drapierwalze verläuft.
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Im einfachsten, jedoch nicht bevorzugten Fall umfasst die Drapierwalze einen im Verlauf ihrer Breite einstückig durchgehend ausgebildeten Walzenkörper aus bevorzugt nachgiebigem Material (z. B. Schaumstoff, ggf. mit einer Beschichtung wie z. B. einer Teflonbeschichtung). In diesem Fall kann ein Grund der genannten Einbuchtung der Drapierwalze z. B. vom Material des Walzenkörpers gebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Grund der Einbuchtung jedoch vom Außenumfang einer in die Drapierwalze integrierten Riemenscheibe gebildet. Diese Riemenscheibe kann hierbei auf einer bzw. beiden Seiten mit einem bzw. zwei separat ausgebildeten Abschnitten eines mehrstückig zusammengesetzten Walzenkörpers drehfest verbunden sein. Auf diese Weise kann im Allgemeinen ein größeres Drehmoment vom Treibriemen auf die Drapierwalze übertragen werden.
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In diesem Zusammenhang, und unabhängig von den vorstehend erwähnten Ausführungsvarianten, ist es ganz allgemein von Vorteil, wenn der Treibriemen als Zahnriemen ausgebildet ist, also auf seiner Innenseite eine korrugierte bzw. mit Verzahnung versehene Formgestaltung besitzt, welche in eine entsprechende Korrugation bzw. Verzahnung der Drapierwalze eingreift, sei es z. B. am Material des erwähnten Walzenkörpers oder am Außenumfang einer an dieser Stelle vorgesehenen Riemenscheibe.
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Falls eine Riemenscheibe vorgesehen ist, so ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung eine axial geteilte Gestaltung der Riemenscheibe, also umfassend zwei in Axialrichtung (Breitenrichtung der Drapierwalze) durch einen axialen Spalt voneinander beabstandete ”Einzelscheiben”, vorgesehen.
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Eine solche geteilte Gestaltung der Riemenscheibe kann mehrere Vorteile bieten: Zum einen ist es denkbar, den Treibriemen so formzugestalten, dass ein dessen unerwünschte Querverlagerung verhindernder Eingriff des Treibriemens in einem mittleren Bereich in den genannten Spalt bewerkstelligt wird. Unabhängig davon ergibt sich als ein gravierender weiterer Vorteil, dass im Bereich des Spaltes ein Drehlager zum Drehlagern der Drapierwalze bzw. der genannten Einzelscheiben der Riemenscheibe angeordnet werden kann, welches unproblematisch (ohne räumliche Behinderung) mit weiteren Komponenten der Antriebseinheit verbindbar ist und somit insbesondere bezüglich einer Basis (z. B. Rahmen) des Ablegekopfes gut definiert positionierbar ist. Insbesondere bei vergleichsweise großer Breite der Drapierwalze ist somit nicht nur der Vorteil einer über deren Breite betrachtet mehrfachen (jeweils lokalen) Drehantreibbarkeit gegeben, sondern auch eine über die Breite mehrfache (jeweils lokale) Realisierung der Drehlagerung der Drapierwalze.
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Eine im Verlauf der Breite der Drapierwalze mehrfach vorgesehene Drehlagerung ist in der Praxis insbesondere dann von größter Bedeutung, wenn die Drapierwalze flexibel krümmbar ausgebildet ist und diese Krümmung gut definierbar einstellbar sein soll. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn ein von jeder Antriebseinheit beinhaltetes Drehlager in seiner Position und/oder Orientierung bezüglich einer Basis des Ablegekopfes individuell einstellbar ist. Zu diesem Zweck kann die Antriebseinheit eine entsprechende Verstellmechanik mit einem oder mehreren zugeordneten Aktoren (z. B. elektrische, hydraulische oder pneumatische Aktoren) umfassen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Drapierwalze flexibel krümmbar ausgebildet.
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Zu diesem Zweck kann die Drapierwalze einen einstückig oder bevorzugt wie bereits erwähnt mehrstückig aus mehreren Abschnitten eines nachgiebigen Materials zusammengesetzten Walzenkörper umfassen, beispielsweise aus einem Schaumstoffmaterial (z. B. PU-Schaum), bevorzugt mit außenseitiger Funktionsbeschichtung (z. B. Teflonbeschichtung).
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Mit einer solchen Krümmbarkeit kann der Ablegekopf insbesondere bei vergleichsweise großen Breiten des abzulegenden Materials vorteilhaft für stärker gekrümmte Ablegeflächen verwendet werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drapierwalze im Inneren einen deren Drehachse bildenden, einstückig oder mehrstückig zusammengesetzt ausgebildeten Drehstab aufweist, welcher z. B. vorteilhaft eine stabilisierende Wirkung für einen gewünschten, insbesondere im Betrieb gegebenenfalls gekrümmten Verlauf der Drapierwalze besitzt.
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Der Drehstab kann z. B. aus einem krümmbaren (und ggf. merklich tordierbaren) metallischen Material (z. B. Federstahl) oder z. B. aus einem Kunststoffmaterial bzw. Kunststoffverbundnaterial gebildet sein. Bevorzugt liegt dessen Lateralausdehnung (z. B. Durchmesser bei kreisrundem Querschnitt) in einem Bereich des 0,02-fachen bis 0,2-fachen der Lateralausdehnung (Durchmesser) der Drapierwalze.
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Falls im Verlauf der Breite der Drapierwalze mehrere Antriebseinheiten mit jeweils zugehöriger Riemenscheibe in der Drapierwalze vorgesehen sind, so kann der Drehstab im Bereich der Riemenscheiben jeweils drehfest mit der betreffenden Riemenscheibe verbunden sein, sei es als z. B. über die Gesamtbreite durchgehender Drehstab oder als z. B. ein Drehstab, der mehrstückig aus Abschnitten zusammengesetzt ist, die sich jeweils von einer Riemenscheibe zu einer benachbarten Riemenscheibe erstrecken.
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In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die Drapierwalze eine Breite von mehr als 0,5 m, insbesondere mehr als 1 m.
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Im Verlauf der Breite der Drapierwalze sind bevorzugt mehrere, z. B. äquidistant über die Breite der Drapierwalze verteilt angeordnete Antriebseinheiten vorgesehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens 3, insbesondere wenigstens 4 Antriebseinheiten vorgesehen.
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In einer Ausführungsform sind die Antriebseinheiten jeweils individuell in ihrer Lage und/oder Orientierung bezüglich einer Basis des Ablegekopfes verstellbar gelagert. Damit kann vorteilhaft die Lage und/oder Orientierung eines von den Antriebseinheiten jeweils ausgebildeten lokalen Drehlagers für die Drapierwalze individuell eingestellt werden. Eine flexible krümmbare Drapierwalze lässt sich damit vorteilhaft in gut definierter Weise hinsichtlich eines gekrümmten Verlaufes an eine bestimmte Krümmung der Ablegefläche anpassen. Außerdem lässt sich mit einer solchen verstellbaren Lagerung vorteilhaft eine Anpresskraft bzw. eine über die Breite der Drapierwalze betrachtete Anpresskraftverteilung besser einstellen.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Antriebseinheiten im Hinblick auf die damit bewerkstelligte Drehwinkelgeschwindigkeit der Drapierwalze jeweils individuell verstellbar ausgebildet sind. Bei einer nicht mit beliebigem Ausmaß tordierbaren Drapierwalze, also z. B. wenn diese einen durchgehenden Walzenkörper und/oder einen durchgehenden Drehstab besitzt, kann durch diese Maßnahme zumindest eine zeitweilige Ungleichmäßigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit verschiedener Bereiche der Drapierwalze realisiert werden. Dies ist z. B. vorteilhaft nutzbar, wenn der Ablegekopf beim Ablegevorgang nicht stets geradlinig sondern auch ”in einer Kurve” über die Ablegefläche fahren soll, da in diesem Fall für eine verbesserte Qualität des Ablegevorganges auf der Kurvenaußenseite eine höhere Drehwinkelgeschwindigkeit als auf der Kurveninnenseite zweckmäßig ist.
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In diesem Zusammenhang ist auch eine Gestaltung der Drapierwalze denkbar bzw. von Vorteil, bei welcher diese über ihre Breite betrachtet aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt ist, wobei diese einzelnen Abschnitte mangels starrer (bzw. nur wenig tordierbarer) Drehkopplung prinzipiell beliebig zueinander verdreht werden können.
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Das Führungs- und Antriebssystem des Ablegekopfes dient zum Abwickeln und Fördern des Materials von der Vorratsrolle in Richtung zum Drapiersystem. Zum Aufbringen oder Einstellen einer definierten Materialspannung in diesem Bereich kann das Führungs- und Antriebssystem beispielsweise wenigstens eine vom Material umlaufene Spannleiste oder Spannwelle aufweisen.
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In einer sehr einfachen, weniger bevorzugten Ausführungsform wird die Spannleiste bzw. Spannwelle quer zur Bahnlaufrichtung federvorbelastet, um die Materialspannung zu definieren. Bevorzugt ist eine aktive Betätigung (z. B. mittels eines oder mehrerer z. B. elektrischen, hydraulischer oder pneumatischer Aktoren) zur Erzeugung einer gesteuert einstellbaren Materialspannung vorgesehen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Spannleiste bzw. Spannwelle flexibel krümmbar ausgebildet, wobei die Krümmung der Spannwelle z. B. ”passiv”, d. h. allein durch die vom umlaufenden Bahnmaterial darauf ausgeübten Kräfte verursacht, vorgesehen sein kann (z. B. auch dann, wenn eine Verlagerung bzw. Belastung der Spannleiste bzw. Spannwelle insgesamt aktiv ansteuerbar ist).
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Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist die Verwendung eines Ablegekopfes der hier beschriebenen Art in Verbindung mit einer Handhabungsvorrichtung, z. B. einem Industrieroboter (bei welchem der Ablegkopf einen so genannten ”Endeffektor” bilden kann) oder einer Flächenportalanlage vorgesehen.
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Der Ablegekopf kann insbesondere bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen verwendet werden, insbesondere zum automatisierten Ablegen textiler Halbzeuge (z. B. trockenes oder vorimprägniertes Fasermaterial), z. B. auf einer durch ein Formwerkzeug gebildeten Ablegefläche (z. B. Laminierform). Besonders vorteilhaft ist die Verwendung für relativ großformatige Ablegeflächen (z. B. größer als 10 qm).
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
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1 eine Fertigungsstation zur Veranschaulichung einer bevorzugten Verwendung eines Ablegekopfes gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2 eine perspektivische Ansicht des Ablegekopfes,
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3 eine Seitenansicht des Ablegekopfes,
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4 eine Seitenansicht des Ablegekopfes in einer Situation mit gekrümmt verlaufender Drapierwalze,
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5 eine perspektivische Ansicht einiger Komponenten des Ablegekopfes zur Veranschaulichung des Bahnverlaufes des abzulegenden Materials,
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6 eine Seitenansicht einiger Komponenten des Ablegekopfes zur Veranschaulichung des Bahnverlaufes des abzulegenden Materials,
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7 eine Stirnansicht von Komponenten einer Antriebseinheit des Ablegekopfes,
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8 eine schematische Seitenansicht eines Details im Bereich der Antriebseinheit, und
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9 eine perspektivische Ansicht einer aktiv krümmbaren Spannwelle des Ablegekopfes im gekrümmten Zustand.
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1 zeigt einen Ablegekopf 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels und veranschaulicht dessen Verwendung als Endeffektor an einem Industrieroboter (hier: Gelenkarmroboter) 1.
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Der Ablegekopf 10 dient hierbei zum automatisierten Ablegen eines textilen Halbzeuges auf eine Ablegefläche 3 eines Formwerkzeuges 5 zur Herstellung eines schalenförmigen großformatigen Faserverbundbauteils.
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Der Ablegekopf 10 umfasst eine als Rahmenstruktur ausgebildete Basis 11, an welcher dieser mit dem Roboter 1 gehalten und im Betrieb in gesteuerter Weise entlang der Ablegefläche 3 verfahren wird.
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Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem herzustellenden Faserverbundbauteil z. B. um eine so genannte Druckkalotte eines Flugzeuges. In ähnlicher Weise können jedoch auch andere Faserverbundbauteile, insbesondere Strukturbauteile für Fahrzeuge (einschließlich Luftfahrzeuge) wie z. B. Rumpfschalen, Flügelschalen etc. hergestellt werden.
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Abweichend vom dargestellten Verwendungsbeispiel könnte der Ablegekopf 10 auch in Verbindung mit einer so genannten Flächenportalanlage eingesetzt werden.
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Im dargestellten Beispiel dient der Ablegekopf 10 zum quasi-endlosen Ablegen eines trockenen textilen Halbzeuges (z. B. Gewebe, Gelege, Geflecht etc. aus Fasermaterial wie z. B. Kohlenstofffasermaterial), welches als Bahnmaterial abgelegt und mittels des Ablegekopfes 10 hierbei gleichzeitig mit einem Matrixmaterial (z. B. ein- oder mehrkomponentiges Harzsystem, insbesondere Epoxidharzsystem) besprüht wird. Hierzu können z. B. ein oder mehrere geeignet angeordnete und angesteuerte Sprühköpfe am Ablegekopf 10 vorgesehen sein. Außerdem ist der Ablegekopf 10 mit einer im Verarbeitungsverlauf angeordneten Schneideinrichtung zum Ablängen der Materialbahn ausgestattet, z. B. umfassend einen quer zur Materialbahn steuerbar verfahrbaren Schneidkopf.
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Der Ablegekopf 10 wird nachfolgend mit Bezug auf die 2 bis 9 detaillierter beschrieben.
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Wie es insbesondere aus den 2 bis 4 ersichtlich ist, umfasst der Ablegkopf 10 eine Bevorratungseinrichtung 12 zur drehbaren Lagerung einer Vorratsrolle 14 von aufgewickeltem Material M (hier: trockene Fasermaterialbahn (z. B. Gewebe) mit einer Bahnbreite von ca. 1,3 m, z. B. 50 Zoll).
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Das Material M ist hierbei als solches, also ohne ein- oder beidseitige Kaschierung (z. B. Folie) auf der Vorratsrolle 14 bevorratet. Alternativ, etwa zur Verarbeitung von bereits vorimprägniertem Fasermaterial, könnte dieses Material M auch zusammen mit einem aufkaschierten Trägermaterial (z. B. Kunststofffolie) vorgesehen sein, wobei das Trägermaterial an geeigneter Stelle im Verarbeitungsverlauf vom abzulegenden Material M getrennt (abgezogen) und z. B. im Bereich des Ablegekopfes 10 zur späteren Entsorgung aufgewickelt wird.
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Der Ablegekopf 10 umfasst ferner eine Förder- und Ablegeeinrichtung umfassend ein Führungs- und Antriebssystem 20 und ein Drapiersystem 30.
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Das Führungs- und Antriebssystem 20 dient zum Abwickeln und Fördern von Bahnmaterial M von der Vorratsrolle 14 in Richtung zum Drapiersystem 30.
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Das Drapiersystem 30 umfassend (wenigstens) eine Drapierwalze 32 dient zum Drapieren von zugeführten Material M auf die betreffende Ablegefläche (z. B. Ablegefläche 3 in 1).
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Eine Besonderheit des Ablegekopfes 10 besteht darin, dass im Verlauf der Breite der Drapierwalze 32 mehrere Antriebseinheiten 40-1 bis 40-5 zum Drehantreiben der Drapierwalze 32 mittels jeweiliger am Umfang der Drapierwalze 32 angreifender Treibriemen 42-1 bis 42-5 vorgesehen sind.
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Die Bezugszahlen von mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, wie z. B. der Antriebseinheiten 40-1 bis 40-5, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
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Jede der Antriebseinheiten 40 mit den jeweils zugehörigen bzw. zugeordneten Treibriemen 42 ermöglicht somit vorteilhaft einen ”lokalen Drehantrieb” der Drapierwalze 32 an derjenigen Stelle im Breitenverlauf, an welcher der betreffende Treibriemen 42 angreift. Insbesondere bei einer vergleichsweise großen Bahnbreite des mittels der Drapierwalze 32 abzulegenden und anzudrückenden Materials M ist die damit geschaffene Möglichkeit einer über die Breite verteilten Drehmomentübertragung auf die Drapierwalze 32 sehr vorteilhaft. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass damit prinzipiell auch eine über die Breite variierende Drehwinkelgeschwindigkeit der Drapierwalze 32 bewerkstelligbar ist.
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Im Allgemeinen ist es von Vorteil, die mehreren (im Allgemeinen bevorzugt wenigstens drei) Antriebseinheiten 40 wie z. B. im dargestellten Beispiel auch gezeigt im Wesentlichen äquidistant voneinander beabstandet über die Breite der Drapierwalze 32 verteilt anzuordnen. Ein seitlicher ”Überstand” der Drapierwalze 32 jenseits der beiden äußersten Antriebseinheiten 40 bzw. Treibriemen 42 ist jeweils bevorzugt wesentlich kleiner (z. B. um wenigstens einen Faktor 2) als der gegenseitige Abstand voneinander benachbarten Antriebseinheiten 40 bzw. der in Breitenrichtung betrachtet jeweils an gleicher Stelle angeordneten Treibriemen 42.
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Im dargestellten Beispiel ist die Drapierwalze 32 flexibel krümmbar ausgebildet, um den Ablegevorgang besser an gekrümmte Ablegeflächen anpassen zu können. Während in den 1 bis 3 die Drapierwalze 32 in einem ungekrümmten Zustand dargestellt ist, zeigt 4 die Drapierwalze 32 in einem derartigen gekrümmten Verlauf. Im dargestellten Beispiel wird eine jeweils benötigte Krümmung der Drapierwalze 32 in unten noch beschriebener Weise aktiv angesteuert.
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Die 5 und 6 sind stark vereinfachte Darstellungen des Ablegekopfes 10 zur Veranschaulichung des Verarbeitungsverlaufes des Materials M ausgehend von der Bevorratungseinrichtung 12 über das Führungs- und Antriebssystem 20 bis hin zum Drapiersystem 30.
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In den 5 und 6 sind jeweils nur einige zum Verständnis des Bahnverlaufes wesentliche Komponenten des Ablegekopfes 10 eingezeichnet:
Bei der Bevorratungseinrichtung 12 ist dies eine drehbar gelagerte Wickelwelle 16, deren Drehbewegung mittels einer nicht dargestellten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Antriebs- und Bremseinrichtung steuerbar ist. Nach einem Verbrauch des darauf aufgewickelten Materials M kann die Wickelwelle 16 aus dem Ablegekopf 10 entnommen und durch eine neue und mit weiterem Material M umwickelte Wickelwelle ersetzt werden.
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Von dem Führungs- und Antriebssystem 20 ist in den 5 und 6 ein erstes Umlenkwalzenpaar 22, ein von der erwähnten Steuereinrichtung z. B. gesteuert antreibbares Antriebswalzenpaar 24, eine Spannleiste 26 und ein zweites Umlenkwalzenpaar 28 eingezeichnet.
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Von dem Drapiersystem 30, welches die bereits erwähnten Antriebseinheiten 40 mit den jeweils zugeordneten Treibriemen 42 umfasst, ist in den 5 und 6 lediglich die Drapierwalze 32 eingezeichnet. Wie in 5 ersichtlich sind am Umfang der Drapierwalze 32 radiale Einbuchtungen 34-1 bis 34-5 angeordnet, in welche die zugehörigen Treibriemen 42-1 bis 42-5 im Betrieb des Ablegekopfes 10 eingreifen und an diesen Stellen Drehmoment auf die Drapierwalze 32 übertragen.
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Wie aus den 5 und 6 ersichtlich, verläuft das Material M ausgehend von der Vorratsrolle 14 zunächst durch das erste Umlenkwalzenpaar 22 hindurch und weiter durch das antreibbare Antriebswalzenpaar 24 hindurch. Im weiteren Verlauf umläuft (streift) das Material M die im dargestellten Beispiel flexibel krümmbar ausgebildete Spannleiste 26, welche in diesem Bereich zur Aufbringung bzw. Einstellung einer definierten Materialspannung (Zugspannung) dient, wobei die Krümmbarkeit der Spannleiste 26 besonders vorteilhaft im Hinblick auf die ebenfalls bedarfsweise krümmbare Drapierwalze 32 ist. Die Krümmbarkeit der Spannleiste 26 verbessert in diesem Fall die Ablegequalität (z. B. im Hinblick auf unerwünschten Faltenwurf) erheblich. Die Spannleiste 26 sorgt so für eine gleichmäßige Bahnspannung im Förderbereich während des Drapiervorganges insbesondere z. B. in eine doppeltgekrümmte Form der Ablegefläche. Falten- und Beulenbildung können so noch besser vermieden werden.
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Im dargestellten Beispiel wird eine bedarfsweise gewünschte Krümmung der Spannleiste 26 in unten noch beschriebener Weise aktiv angesteuert (ähnlich wie die Krümmungseinstellung der Drapierwalze 32). Abweichend davon wäre jedoch auch eine ”passive” Krümmung der Spannleiste 26 denkbar, also hervorgerufen durch die von dem Material M auf die Spannleiste 26 ausgeübten Kräfte.
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Abweichend vom dargestellten Beispiel könnte anstelle der (nicht drehbaren) Spannleiste 26 auch eine (drehbare) Spannwelle eingesetzt werden, um an dieser Stelle Reibungsverluste zu verringern.
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Sodann verläuft das Material M durch das zweite Umlenkwalzenpaar 28 hindurch zur Drapierwalze 32, um mittels der Drapierwalze 32 auf die Ablegefläche abgelegt und angedrückt zu werden. Das Material M kontaktiert hierbei einen in den Figuren unteren Teil des Umfanges der Drapierwalze 32. Die in den radialen Einbuchtungen 34 gefangenen Treibriemen 42 (in den 5 und 6 nicht dargestellt) umschlingen hierbei jeweils die Drapierwalze 32 und werden in den Figuren überhalb der Drapierwalze 32 von den Antriebseinheiten 40 angetrieben. Dies ist besser aus den nachfolgend beschriebenen 7 und 8 ersichtlich.
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Die erwähnte Steuereinrichtung steuert in koordinierter Weise sämtliche antreibbaren Komponenten des Ablegekopfes 10 sowie dessen Relativbewegung bezüglich der betreffenden Ablegefläche während des Ablegevorganges. Bei einer Verwendung des Ablegekopfes 10 der in 1 veranschaulichten Art ist es in der Praxis zweckmäßig, eine zentrale Steuereinrichtung bzw. eine zentrale Steuerfunktionalität vorzusehen, welche in Kommunikationsverbindung einerseits mit einer in den Ablegekopf integrierten oder mit diesem verbundenen Steuereinheit und andererseits mit einer in den Industrieroboter 1 integrierten bzw. mit diesem verbundenen Steuereinheit steht.
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7 zeigt Komponenten einer Antriebseinheit 40, also einer der identisch ausgebildeten Steuereinheiten 40-1 bis 40-5 des Ablegekopfes 10. Mit eingezeichnet ist auch eine der Antriebseinheit 40 zugeordnete Riemenscheibe 36, welche eine Komponente der in 7 insgesamt nicht dargestellten Drapierwalze 32 bildet.
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Im dargestellten Beispiel ist ein Treibriemen 42 der Antriebseinheit 40 als Zahnriemen und die Riemenscheibe 36 dementsprechend als am Außenumfang gezahnte Riemenscheibe ausgebildet.
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Der Treibriemen 42 umläuft außer der Riemenscheibe 36 noch eine erste Riemenscheibe 44 und eine zweite Riemenscheibe 46 der Antriebseinheit 40, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die erste Riemenscheibe 44 in gesteuerter Weise mittels eines Elektromotors 48 drehantreibbar ist. Im dargstellten Beispiel ist der Antrieb der ersten Riemenscheibe 44 mittels eines Antriebsriemens 50 bewerkstelligt.
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Die Riemenscheibe 36 der Drapierwalze 32 wird von der Antriebseinheit 40 nicht nur drehangetrieben, sondern auch in ihrer Lage und Orientierung bezüglich der Basis 11 des Ablegekopfes 10 verstellbar gelagert. Zu diesem Zweck ist ein (in der Ansicht von 7 von der Riemenscheibe 36 verdecktes) Drehlager 62 (siehe 8) für die Riemenscheibe 36 vorgesehen, welches mittels eines Tragarmes 52 stationär bezüglich der in 7 dargestellten Baugruppe der Antriebseinheit 40, also insbesondere umfassend den Elektromotor 48 und die beiden Riemenscheiben 44 und 46, gehalten wird.
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Zur jeweils individuellen Verstellbarkeit dieser Baugruppen der jeweiligen Antriebseinheiten hinsichtlich der Lage und Orientierung bezüglich der Basis (Rahmen) 11 des Ablegekopfes 10 sind bei der Antriebseinheit 40 zwei parallel angeordnete und wirkende Führungskulissen 54-1 und 54-2 (”Bogenführungen”) vorgesehen, mittels welchen die dargestellte Baugruppe (mitsamt der Führungskulissen 54-1 und 54-2) ausgehend von der in 7 dargestellten Grundstellung in gewissem Ausmaß (bevorzugt wenigstens um +/–10°, insbesondere wenigstens +/–20°; ausreichend in der Regel maximal z. B. +/–50°) um eine Schwenkachse S verschwenkt werden kann, um so durch individuelle Verstellungen der einzelnen Antriebseinheiten 40-1 bis 40-5 eine vorbestimmte Krümmung der Drapierwalze 32 einzustellen.
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Die Schwenkachse S verlauft wie in 7 dargestellt bevorzugt im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse der Riemenscheibe 36 (entsprechend der sich an dieser Stelle ergebenden Axialrichtung bzw. Breitenrichtung der Drapierwalze 32) und im Wesentlichen parallel zur Ablagerichtung der abzulegenden Materialbahn M (entsprechend einer Tangentialrichtung des die Ablegefläche kontaktierenden Teils des Umfanges der Riemenscheibe 36).
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Bevorzugt verläuft die Schwenkachse S wenigstens annähernd durch diejenige Stelle, an welcher das Material M auf die Ablegefläche abgelegt wird, insbesondere in Vertikalrichtung (bei der Darstellung von 7) z. B. um weniger als das 1-fache, insbesondere weniger als das 0,5-fache des Durchmessers der Drapierwalze 32 von dieser Stelle abweichend.
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Die in diesem Beispiel zur Einstellung der Orientierung der in 7 dargestellten Baugruppe der Antriebseinheit 40 dienenden Führungskulissen 54-1 und 54-2 werden durch damit zusammenwirkende, in 7 nicht dargestellte Komponenten der Antriebseinheit 40 um die genannte Schwenkachse S verschwenkt, wobei die genannten weiteren Komponenten an einem in den Figuren unteren Endbereich einer (z. B. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigbaren) Vertikalhubeinheit der Antriebseinheit 40 angeordnet sind. Diese Vertikalhubeinheiten bzw. deren obere Enden sind gut in den 1 bis 4 zu erkennen (bei Bezugszahlen 40-1 bis 40-5). Damit gestattet die Antriebseinheit 40 nicht nur eine individuelle Verstellung der Orientierung der Baugruppe (durch Verschwenkung der Führungskulissen bzw. Bogenführungen 54) sondern auch eine individuelle Verstellung hinsichtlich der Vertikallage der Baugruppe (durch Betätigung der Vertikalhubeinheiten).
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Zweckmäßigerweise ist die Antriebseinheit 40 ferner mit Mitteln zum Ausgleich von (in den Figuren) horizontalen Bewegungen ausgestattet, beispielsweise mit horizontal ausgleichenden Linearführungen im Bereich zwischen den Führungskulissen 54 und der Vertikalhubeinheit.
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8 ist eine schematische Ansicht der Riemenscheibe 36 in Blickrichtung des Pfeils VIII in 7 und veranschaulicht eine axial geteilte Gestaltung der Riemenscheibe 36.
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Die Riemenscheibe 36 ist im dargestellten Beispiel wie aus 8 ersichtlich aus einer ersten Einzelscheibe 58 und zweiten Einzelscheibe 60 zusammengesetzt, wobei diese Einzelscheiben 58, 60 in Axialrichtung (Breitenrichtung der Drapierwalze 32) durch einen Spalt 56 voneinander beabstandet und innerhalb dieses Spaltes 56 mittels des bereits erwähnten Drehlagers 62 gemeinsam drehgelagert sind.
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Der besondere Vorteil der in Axialrichtung geteilten Gestaltung der Riemenscheibe 36 mit dem damit geschaffenen axialen Spalt 56 besteht darin, dass aus diesem Spalt 56 herausverlaufend der Tragarm 52 für das Drehlager 62 ohne räumliche Behinderung unterzubringen ist. Wie ersichtlich ist der Tragarm 52 in Axialrichtung an einer Stelle angeordnet, an welcher auch der Treibriemen 42 verläuft, ohne dass dadurch jedoch eine räumliche Behinderung zwischen Tragarm 52 und Treibriemen 42 entsteht.
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Bemerkenswert ist, dass mit dieser Konstruktion an beliebiger Stelle im Verlauf der Drapierwalze 32 der Drehantrieb mittels des Treibriemens 42 so realisiert werden kann, dass der vom Material M bzw. der Ablegefläche ”gesehene” Umfang der Drapierwalze 32 weder eine Durchmesservariation noch eine axiale Lücke aufweist. Hierfür kann ein z. B. aus nachgiebigem Material (z. B. Schaummaterial) gebildeter Walzenkörper mit zylindrischem Außenumfang in 8 bis an die jeweiligen Einzelscheiben 58, 60 heranreichen (und z. B. mit diesen verbunden sein), wobei der von den Einzelscheiben 58, 60 und dem dazwischen befindlichen Spalt 56 beanspruchte axiale Bereich vom Treibriemen 42 überbrückt werden kann, wobei durch eine im Umfang der Drapierwalze 32 entsprechend versenkte Anordnung des Treibriemens 42 die Außenseite des Treibriemens 42 bündig zu den benachbarten Oberflächenbereichen der Drapierwalze 32 verlaufen kann. In diesem Fall wird vom Außenumfang der Riemenscheibe 36 bzw. der einzelnen Scheiben 58, 60 ein Grund einer radialen Einbuchtung der Drapierwalze 32 gebildet, in welcher der Treibriemen vollständig (zur Schaffung der Bündigkeit) aufgenommen bzw. versenkt verläuft.
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Ein für eine solche versenkte Anordnung des Treibriemens 42 geeigneter Konturverlauf des in diesem Fall aus mehreren Abschnitten zusammengesetzten Walzenkörpers ist in 8 strichpunktiert eingezeichnet.
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Außerdem ist in 8 ein Drehstab 64 der Drapierwalze 32 erkennbar, der im Inneren der Drapierwalze 32 angeordnet deren Drehachse bildet und im dargestellten Beispiel einstückig, z. B. aus flexiblem Metall- oder Kunststoffmaterial über die gesamte Breite der Drapierwalze 32 verläuft und eine stabilisierende Wirkung für den im Betrieb gegebenenfalls gekrümmten Verlauf der Drapierwalze 32 besitzt.
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In einer Ausführungsform ist der Drehstab 64 einstückig durchgehend über die Breite der Drapierwalze 32. Bei einer gewissen Tordierbarkeit des Drehstabes 64 ermöglicht dies zumindest kurzzeitig ungleichmäßige Drehwinkelgeschwindigkeiten der Drapierwalze 32. Falls eine derartige Ungleichmäßigkeit der Drehwinkelgeschwindigkeit in größerem Ausmaß bzw. über längere Zeitdauern benötigt wird, so kommt in Betracht, jede der Antriebseinheiten 40-1 bis 40-5 nur jeweils zum Antrieb eines in Breitenrichtung begrenzten Abschnittes der Drapierwalze 32 zu nutzen, so dass jeder dieser Bereiche mit individuell einstellbarer Drehwinkelgeschwindigkeit betrieben werden kann. Zu diesem Zweck können an geeigneten Stellen, z. B. jeweils in Bereichen zwischen zwei einander benachbarten Antriebseinheiten 40, Drehkopplungen zur zueinander verdrehbaren Verbindung der genannten Drapierwalzenabschnitte vorgesehen werden. Der Drehstab 64 wird in diesem Fall nicht einstückig durchgehend ausgebildet, sondern (wie der Walzenkörper) aus mehreren Stücken zusammengesetzt sein.
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9 zeigt nochmals detaillierter die bereits mit Bezug auf die 5 und 6 beschriebene Spannleiste 26, zusammen mit daran angelenkten Teleskopeinheiten 27-1 bis 27-5.
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Die Teleskopeinheiten 27 dienen zur aktiv verstellbaren Lagerung der flexibel krümmbar ausgebildeten Spannleiste 26 (z. B. aus metallischem Material oder Kunststoffmaterial) und umfassen dementsprechend jeweils wenigstens einen in 9 in Vertikalrichtung wirkenden ansteuerbaren Aktor (z. B. elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Aktor). Durch entsprechende individuelle Ansteuerung der Aktoren kann somit ein gewünschter gekrümmter Verlauf, wie beispielhaft in 9 dargestellt, bewerkstelligt werden, um etwa in Abhängigkeit der ebenfalls aktiv angesteuerten Krümmung der Drapierwalze 32 die Ablegequalität zu verbessern. Bei einer solchen ”aktiven Einstellung” kann z. B. vorgesehen sein, dass die Ausfahrstellung der einzelnen Teleskopeinheiten 27 eingestellt wird (z. B. jeweils auf einen vorgegebenen Sollwert). Alternativ, und zumeist bevorzugt wird bei dieser aktiven Einstelung jedoch die von den einzelnen Teleskopeinheiten 27 ausgeübte Kraft eingestellt (”Kraftsteuerung”, z. B. auf einen vorgegebenen Kraft-Sollwert). Dasselbe gilt analog für die oben bereits beschriebene individuelle aktive Einstellung der Antriebseinheiten 40 in ihrer Lage und/oder Orientierung.
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Ähnlich wie bei den zur Verstellung der Drapierwalze 32 vorgesehenen Antriebseinheiten 40 sind auch die zur Verstellung der Spannleiste 26 eingesetzten Teleskopeinheiten 27 bevorzugt mit Mitteln zum Ausgleich von Relativbewegungen in horizontaler Richtung bzw. Längenrichtung der Spannleiste 26 versehen.
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Mit dem beschriebenen Ablegekopf lässt sich die Produktivität bei der Fertigung großer Schalenstrukturen in Faserverbundbauweise erheblich steigern und trotz weitreichender Automatisierung besonders zuverlässig realisieren. Der Ablegekopf ist insbesondere zur Verarbeitung relativ breiter Materialbahnen, z. B. CFK- oder GFK-Gewebebahnen geeignet und ermöglicht eine qualitativ hochwertige Ablage auch in z. B. doppelt gekrümmte Ablegeflächen (z. B. Laminierformen).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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