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Die Erfindung betrifft eine Flechtpultrusionsanlage sowie ein Verfahren zum Wechseln einer Flechteinrichtung einer Flechtpultrusionsanlage.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 018 419 A1 ist eine Flechtpultrusionsanlage zur Herstellung eines thermoplastischen Hohlprofils aus einem faserverstärkten Kunststoff bekannt, die eine Flechteinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum Aufflechten von Endlosfasern auf einen Flechtdorn, wobei eine Pultrusionseinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist zur Imprägnierung und Konsolidierung eines mithilfe der Flechteinrichtung hergestellten Hohlprofilgeflechts. Auf den Flechtdorn aufgeflochtene Fasern werden kontinuierlich mithilfe einer Abzugsvorrichtung abgezogen und in Richtung der Pultrusionseinrichtung transportiert. Laufen Faserspindeln der Flechteinrichtung leer, müssen diese manuell im Bereich der Flechtpultrusionsanlage getauscht werden, was lange Standzeiten der Anlage zur Folge hat. Hierdurch sinkt deren Wirtschaftlichkeit stark. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2009 016 596 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Endlosfasern auf ein faserverstärktes Extrusionsprofil aufgeflochten werden. Bei einer Flechtpultrusionsanlage mit vorgeschaltetem Extruder, der einen Flechtkern für die Flechtpultrusion erzeugt, besteht zusätzlich das Problem, dass keine Prozessfähigkeit mehr gegeben ist, wenn Standzeiten der Flechtpultrusionsanlage eine maximale Verweilzeit des Extrusionsprofils im Extruder überschreiten. Weiterhin birgt ein manuelles Rüsten im Anlagenbereich ein erhöhtes Fehler- und Verletzungspotential. Derzeit ist kein serientaugliches Konzept zum Wechseln von Faserspindeln, insbesondere für Hybridrovings, bekannt. Eine Vergrößerung der Faserspindeln und damit der zur Verfügung stehenden Faserlänge ist aufgrund von deren Massenträgheit, der Bauform der Radialflechtmaschine, sowie deren Antrieb nur in begrenztem Umfang möglich, sodass sich hierüber die Einsatzzeit der Flechtpultrusionsanlage im Verhältnis zur Rüstzeit nur begrenzt steigern lässt. Es ist offensichtlich, dass mit steigendem Durchsatz solcher Flechtpultrusionsanlagen ein auch für die Serienanwendung taugliches Rüstkonzept immer bedeutender in Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flechtpultrusionsanlage und ein Verfahren zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Flechtpultrusionsanlage zur Herstellung eines Profilteils aus faserverstärktem Kunststoff geschaffen wird, welche eine Flechteinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum Aufflechten von Endlosfasern auf einen Flechtkern. Die Flechtpultrusionsanlage weist außerdem eine Pultrusionseinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Imprägnierung und/oder Konsolidierung eines mittels der Flechteinrichtung hergestellten Geflechts. Die Flechteinrichtung ist mit wenigstens einer benachbarten Komponente der Flechtpultrusionsanlage über wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden –, so dass die Flechteinrichtung von dieser Komponente trennbar und entfernbar ist. Dadurch ist es möglich, zum Rüsten der Flechteinrichtung und insbesondere zum Austausch leergelaufener Faserspindeln die gesamte Flechteinrichtung in einfacher und schneller Weise von dem restlichen Teil der Flechtpultrusionsanlage weg zu verlagern und entfernt vom Anlagenbereich anzuordnen. Auf diese Weise wird das Fehler- und Verletzungspotential beim Rüsten gesenkt. Weiterhin ist es möglich, eine vorab bereits fertig gerüstete, zweite Flechteinrichtung anstelle einer ersten, von der Flechtpultrusionsanlage getrennten Flechteinrichtung mit der benachbarten Komponente zu verbinden und zu betreiben, während die erste Flechteinrichtung gerüstet wird. Somit ist insbesondere eine Parallelisierung, aber auch eine Teilautomatisierung des Rüstens der Flechteinrichtung möglich. Standzeiten der Flechtpultrusionsanlage werden im Wesentlichen auf die Zeit reduziert, die es braucht, um die erste Flechteinrichtung von der benachbarten Komponente zu trennen und wegzuverlagern, und die zweite Flechteinrichtung in den Anlagenbereich hineinzuverlagern und mit der benachbarten Komponente zu verbinden. Hierdurch werden die Standzeiten der Flechtpultrusionsanlage im Vergleich zu einem manuellen Rüsten im Anlagenbereich drastisch reduziert. Die Flechtpultrusionsanlage ist aus diesen Gründen besonders wirtschaftlich. Insbesondere ist ein schneller und automatisierbarer Austausch oder Wechsel der Flechteinrichtung und somit letztlich ein kontinuierlicher oder zumindest quasi-kontinuierlicher Betrieb der Flechtpultrusionsanlage möglich.
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Mit einer „benachbarten Komponente” ist hier ein Teil der Flechtpultrusionsanlage angesprochen, welcher in Richtung oder entgegen der Richtung eines Abzugs der geflochtenen Endlosfasern, die auch als Abzugsrichtung bezeichnet wird, der Flechteinrichtung – vorzugsweise unmittelbar – benachbart ist. Dabei ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage vorgesehen, dass die Flechteinrichtung über wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung mit einer Pultrusionseinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Pultrusionseinrichtung im engeren Sinne, in welcher eine Konsolidierung und Imprägnierung des Endlosfasergeflechts durchgeführt wird, oder um eine Flechtpultrusionseinrichtung im weiteren Sinne, das heißt in diesem Fall den Teil der Flechtpultrusionsanlage, der – in Abzugsrichtung gesehen – an die Flechteinrichtung anschließt, wobei diesem Teil der Anlage auch Komponenten gedanklich zuzuordnen sind, die zwischen der Flechteinrichtung einerseits und einer Pultrusionseinrichtung im engeren Sinne andererseits angeordnet sind. Auch Komponenten, die – in Abzugsrichtung gesehen – noch hinter der Pultrusionseinrichtung im engeren Sinne angeordnet sind, können gedanklich dieser Pultrusionseinrichtung im weiteren Sinne zugeordnet werden.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Flechteinrichtung über die wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung mit einer – in Abzugsrichtung gesehen – vor der Flechteinrichtung angeordneten Extrudereinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist. Es ist schließlich auch möglich, dass die Flechteinrichtung sowohl mit einer – in Abzugsrichtung gesehen – hinter ihr als auch mit einer vor ihr angeordneten benachbarten Komponente, beispielsweise sowohl mit einer Pultrusionseinrichtung als auch mit einer Extrudereinrichtung, über jeweils wenigstens eine lösbare Kopplungsverbindung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist. Es ist auch ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem die Flechteinrichtung über die wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung ausschließlich mit einer Extrudereinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist. Weiterhin ist ein Ausführungsbeispiel möglich, bei dem die Flechteinrichtung über die wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung ausschließlich mit einer Pultrusionseinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist.
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Dass die Komponente der Flechteinrichtung „benachbart” ist, bedeutet bevorzugt, dass die Komponente der Flechteinrichtung unmittelbar benachbart ist, also – in Abzugsrichtung gesehen – unmittelbar vor oder unmittelbar hinter der Flechteinrichtung angeordnet ist.
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Die Flechtpultrusionsanlage ist bevorzugt eingerichtet zur Herstellung eines Profilteils, welches als Hohlprofil, vorzugsweise mit geschlossenem Querschnitt, insbesondere als rohrförmiges Hohlprofil und ganz besonders als Rohr ausgebildet ist. Dabei wird der Querschnitt des entstehenden Profilteils zunächst durch die Querschnittsform des Flechtkerns bestimmt, wobei das Profilteil noch in der Pultrusionseinrichtung in Hinblick auf seine Querschnittsform umgeformt werden kann. Es sind so quasi beliebige Querschnittsformen für das Profilteil herstellbar.
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Die Flechteinrichtung weist mindestens ein Flechtrad, insbesondere mindestens ein Radialflechtrad, auf. Bevorzugt ist der Flechtkern koaxial zu dem wenigstens einen Flechtrad angeordnet. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage ist vorgesehen, dass die Flechteinrichtung mindestens zwei seriell hintereinander – in Abzugsrichtung des entstehenden Profilteils gesehen – angeordnete Flechträder aufweist. Es ist insbesondere möglich, eine Mehrzahl von Radialflechträdern innerhalb der Flechteinrichtung kompakt seriell hintereinander anzuordnen.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich durch eine Extrudereinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist, um ein Extrusionsprofil als Flechtkern herzustellen. In diesem Fall wird mittels der Extrudereinrichtung kontinuierlich ein Flechtkern erzeugt, der – in Abzugsrichtung – durch die Flechtpultrusionsanlage gefördert, insbesondere gezogen, wird, wobei mittels der Flechteinrichtung Endlosfasern auf den extrudierten Flechtkern aufgeflochten werden. Insbesondere beim Konsolidieren und/oder Imprägnieren verbinden sich die Endlosfasern bevorzugt innig und fest mit dem Flechtkern, wobei es sich hierbei bevorzugt um einen verlorenen Flechtkern handelt, der in dem fertigen Profilteil, welches durch die Flechtpultrusionsanlage hergestellt wird, verbleibt. Besonders bevorzugt wird der Flechtkern als Hohlprofil, insbesondere als Rohr, hergestellt. Dabei ist es möglich, den Flechtkern mit quasi beliebigem Querschnitt herzustellen, insbesondere mit quadratischem, rechteckförmigem, kreisrundem, ovalem, mehreckigem oder anderweitig geformtem Querschnitt. Zusätzlich ist der Querschnitt des entstehenden Profilteils einschließlich des aufgeflochtenen Fasergeflechts in der Pultrusionseinrichtung – und insbesondere auch noch danach – quasi beliebig umformbar. So ist es möglich, hoch flexibel anforderungsgerechte Profilteile mithilfe der Flechtpultrusionsanlage herzustellen. Insbesondere ist es mithilfe der Extrudereinrichtung möglich, einen faserverstärkten Flechtkern zu erzeugen, der besonders bevorzugt zumindest in einer äußeren Schicht, auf welche die Endlosfasern aufgeflochten werden, ein gleiches Matrixmaterial aufweist wie die aufzuflechtenden Endlosfasern. Dabei verbinden sich diese besonders innig mit dem Flechtkern.
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Ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage weist als Extrudereinrichtung einen Mehrkomponentenextruder auf. Dieser ist bevorzugt eingerichtet, um ein Hohlprofil, insbesondere ein Rohr, als Flechtkern zu erzeugen, welches eine Mehrzahl von Schichten aufweist, mithin insbesondere ein mehrlagiges Hohlprofil oder Rohr. Dabei können die einzelnen Schichten spezifisch auf verschiedene Funktionen, die sie in einem späteren Bauteil übernehmen sollen, abgestimmt werden, wobei sie insbesondere aus verschiedenen Materialien, besonders bevorzugt mit verschiedener Faserverstärkung und/oder mit verschiedenen Matrixmaterialien, hergestellt werden können.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage ist vorgesehen, dass die Flechteinrichtung mit der Extrudereinrichtung als benachbarter Komponente über wenigstens eine lösbare Kopplungseinrichtung verbindbar – vorzugsweise verbunden – ist. Dies hat den Vorteil, dass in die Flechteinrichtung eingeleitete Abzugskräfte über die lösbare Kopplungseinrichtung weiter in die Extrudereinrichtung eingeleitet werden können. Diese kann beispielsweise fest in einem Hallenboden verankert sein, sodass die Abzugskräfte letztlich durch die Extrudereinrichtung aufgenommen und in den Hallenboden abgeleitet werden. Mithilfe der lösbaren Kopplungseinrichtung ist es einfach und schnell möglich, die Flechteinrichtung von der Extrudereinrichtung zu trennen und von dieser weg zu verlagern. Genauso schnell ist es möglich, eine neue Flechteinrichtung zu der Extrudereinrichtung hin zu verlagern und mittels der lösbaren Kopplungseinrichtung mit dieser zu verbinden.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Flechteinrichtung auf einer Verlagerungsplattform angeordnet ist. Die Verlagerungsplattform ist eingerichtet zum Transport der Flechteinrichtung. Auf diese Weise ist die Flechteinrichtung besonders einfach und schnell insgesamt mit der Verlagerungsplattform verlagerbar. Dabei ist es möglich, dass eine hierfür vorgesehene Verlagerungseinrichtung an der Verlagerungsplattform angreift und Halte- und/oder Transportkräfte in die Verlagerungsplattform einleitet. Komponenten der Flechteinrichtung werden dann von den Halte- und/oder Transportkräften freigehalten, insbesondere wenn diese ausschließlich an der Verlagerungsplattform angreifen, sodass keine übermäßige mechanische Belastung von Komponenten der Flechteinrichtung, beispielsweise der Flechträder, auftritt.
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Es ist möglich, dass die Verlagerungsplattform als Hubplattform ausgebildet ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Verlagerungsplattform als Palette ausgebildet ist. Eine als Hubplattform oder Palette ausgebildete Verlagerungsplattform weist vorzugsweise Eingriffsausnehmungen für eine Hubgabel einer als Flechtwechselwagen ausgebildeten Verlagerungseinrichtung auf. Um eine möglichst wackelfreie, stabile Verbindung zwischen dem Flechtwechselwagen und der Hubplattform und damit zugleich auch einen möglichst erschütterungsarmen Transport der Flechteinrichtung zu gewährleisten, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Eingriffsausnehmungen in ihrer Querschnittsgeometrie auf eine Querschnittsgeometrie von Hubgabelzinken des Flechtwechselwagens abgestimmt sind. Insbesondere ist es dabei möglich, dass die Eingriffsausnehmungen als konische Nuten ausgebildet sind, in welche die entsprechend geformten Hubgabelzinken des Flechtwechselwagens quasi formschlüssig eingreifen können. Der Flechtwechselwagen ist bevorzugt Teil der Flechtpultrusionsanlage, wobei er insbesondere auf die konkrete Flechtpultrusionsanlage und ganz besonders auf die konkrete Flechtwechseleinrichtung abgestimmt ist.
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Es ist möglich, dass der Flechtwechselwagen als Luftkissentransporteinheit ausgebildet ist, wobei er eingerichtet ist, um ein Luftkissen zu erzeugen, auf dem er gleiten kann. Dies ermöglicht einen besonders kräftesparenden und zugleich erschütterungsarmen Transport der Flechteinrichtung. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Flechtwechselwagen als Schienentransporteinheit ausgebildet ist, wobei er auf im Bereich der Flechtpultrusionsanlage verlegten Schienen laufende Räder aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine besonders exakt ausgerichtete Verlagerung der Flechteinrichtung und auch deren besonders exakte Ausrichtung relativ zu der benachbarten Komponente. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Flechtwechselwagen Rollen aufweist, die geeignet sind zur Verlagerung des Flechtwechselwagens auf einem Hallenboden. Der Flechtwechselwagen ist in diesem Fall als Rollwagen ausgebildet. Dies stellt eine technisch besonders einfach zu realisierende und kostengünstige Ausgestaltung des Flechtwechselwagens dar.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Verlagerungsplattform selbst Rollen aufweist, wobei sie in diesem Fall als Rollplattform ausgebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, auf einen separaten Flechtwechselwagen zu verzichten und vielmehr die Rollplattform mitsamt der darauf angeordneten Flechteinrichtung manuell oder mittels eines Zug- und/oder Schubfahrzeugs zu verlagern. Die Rollen können versenkbar an der Rollplattform angeordnet sein, sodass diese insbesondere in ihrer mit der benachbarten Komponente verbundenen Position durch Versenken der Rollen arretiert werden kann. Sind die Rollen versenkt, steht die Verlagerungsplattform bevorzugt sicher und stabil und insbesondere unverrückbar auf ihrem Stellplatz, beispielsweise einem Hallenboden, auf.
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Weiter alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Flechteinrichtung einen Eingriff für einen Kranhaken aufweist, sodass sie beispielsweise mittels eines Portalkrans aus der Flechtpultrusionsanlage herausgehoben beziehungsweise in ihre Position innerhalb der Flechtpultrusionsanlage eingesetzt werden kann. Dabei ist es insbesondere möglich, dass ein solcher Eingriff an der Verlagerungsplattform angebracht ist. Es zeigt sich, dass der Transport der Flechteinrichtung mittels eines Krans, insbesondere eines Portalkrans, sehr platzsparend möglich ist, sodass diese Ausgestaltung insbesondere auch bei beengten Raumverhältnissen eingesetzt werden kann, wo beispielsweise ein Flechtwechselwagen nicht einsetzbar wäre.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Flechteinrichtung in ihrem mit der benachbarten Komponente verbundenen Zustand, der auch als Betriebszustand bezeichnet wird, kraft- und/oder formschlüssig an dieser gehalten ist. Ein von der benachbarten Komponente getrennter und wegverlagerter Zustand der Flechteinrichtung wird im Folgenden als „Wechselzustand” bezeichnet. Eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung der Flechteinrichtung mit der benachbarten Komponente ermöglicht es beispielsweise, dass Abzugskräfte, welche durch eine der als Pultrusionseinrichtung ausgebildeten benachbarten Komponente zugeordnete Abzugseinrichtung in das von der Flechteinrichtung erzeugte Hohlprofilgeflecht eingeleitet werden, über die kraft- und/oder formschlüssige Verbindung von der Flechteinrichtung aufgenommen werden können. Besonders bevorzugt ist die Flechteinrichtung durch die Kopplungseinrichtung lösbar kraft- und/oder formschlüssig an der benachbarten Komponente gehalten, insbesondere fixiert.
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Es wird ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass die Kopplungseinrichtung wenigstens eine Schnellkupplung zur Verbindung der Flechteinrichtung mit der benachbarten Komponente aufweist. Auf diese Weise ist ein sehr schnelles Lösen und Verbinden der Flechteinrichtung von beziehungsweise mit der benachbarten Komponente möglich. Außerdem ermöglicht eine Schnellkupplung ein besonders exaktes Ein- und Auskoppeln der Flechteinrichtung an der benachbarten Komponente, wodurch nicht zuletzt deren korrekte Relativpositionierung sichergestellt werden kann.
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Bevorzugt ist wenigstens ein Aktuator vorgesehen, welcher eingerichtet ist, um die wenigstens eine Schnellkupplung zu betätigen. Dabei kann es sich um einen hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Aktuator, oder um eine andere geeignete Art von Aktuator handeln.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erstes Kupplungsteil der Schnellkupplung an der Flechteinrichtung angeordnet ist, wobei ein zweites Kupplungsteil der Schnellkupplung an der benachbarten Komponente angeordnet ist. In miteinander verbundenem Zustand greifen das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil insbesondere kraft- und/oder formschlüssig ineinander, sodass die Schnellkupplung geschlossen ist. Zum Auskoppeln beziehungsweise Trennen der Flechteinrichtung von der Flechtpultrusionsanlage können das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil voneinander getrennt werden.
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Vorzugsweise ist eine insbesondere berührungslose Messtechnik vorgesehen, mit deren Hilfe die Flechteinrichtung relativ zu der benachbarten Komponente ausgerichtet werden kann. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Schnellkupplung automatisiert oder teilautomatisiert erst betätigt wird, wenn die Flechteinrichtung und die benachbarte Komponente korrekt relativ zueinander ausgerichtet sind. Zur hochgenauen Ausrichtung der Flechteinrichtung relativ zu der benachbarten Komponente sind vorzugsweise Aktoren vorgesehen, insbesondere hydraulische oder elektrische Aktoren, welche vorzugsweise auf die Flechteinrichtung wirken und diese in eine vorherbestimmte Position relativ zu der benachbarten Komponente bringen.
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Bei der Flechtpultrusionsanlage sind bezüglich der Frage, wo die von den Faserspindeln abgewickelten Endlosfasern an den Flechtkern angebunden werden, grundsätzlich zwei Anbindungs-Ausführungsbeispiele möglich: Bei einem ersten Anbindungs-Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Endlosfasern aller Flechträder in einen hinteren, dem – in Abzugsrichtung gesehen – letzten Flechtrad vor der Pultrusionseinrichtung nachgelagerten und vorzugsweise von diesem beabstandeten, mithin zwischen dem letzten Flechtrad und der Pultrusionseinrichtung angeordneten Bereich geführt und dort an den Flechtkern angebunden werden. Diese Anbindungsstelle ist dann gedanklich nicht mehr der Flechteinrichtung zuzuordnen. Vielmehr wird in diesem Fall eine Trennung der Flechteinrichtung von der Pultrusionseinrichtung an einer Stelle zwischen dem letzten Flechtrad und dem Anbindungsort gewählt. Bei einem zweiten Anbindungs-Ausführungsbeispiel ist dagegen vorgesehen, dass die von den Faserspindeln abgewickelten Endlosfasern direkt hinter dem jeweiligen Flechtrad, auf welchem die Faserspindeln angeordnet sind, an den Flechtkern angebunden werden. Jedes Flechtrad weist dann bevorzugt seine ihm eigene, separat zugeordnete Anbindungsstelle auf, wobei alle Anbindungsstellen gedanklich der Flechteinrichtung zugeordnet sind beziehungsweise an dieser angeordnet sind.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage, welches gemäß dem im vorhergehenden Absatz erwähnten, ersten Anbindungs-Ausführungsbeispiel ausgestaltet ist, also eine zentrale Anbindungsstelle jenseits der Flechteinrichtung aufweist, werden insbesondere folgende weitere Ausführungsbeispiele bevorzugt:
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Halteeinrichtung vorgesehen ist, die eingerichtet ist zum Halten von Endlosfasern beim Trennen der Flechteinrichtung von der Pultrusionseinrichtung. Die Halteeinrichtung ist dabei insbesondere zwischen dem letzten Flechtrad vor der Pultrusionseinrichtung und der Anbindungsstelle der Endlosfasern an dem Flechtkern angeordnet. Sie ist vorzugsweise als Klemmeinrichtung ausgestaltet, durch welche Endlosfasern, und insbesondere Enden von Endlosfasern, festklemmbar sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass eine erste Teilhalteeinrichtung an der Flechteinrichtung angeordnet ist, wobei eine zweite Teilhalteeinrichtung an der Pultrusionseinrichtung vorgesehen ist. Die beiden Teilhalteeinrichtungen bilden gemeinsam die Halteeinrichtung. Diese ist – wie bereits ausgeführt – innerhalb der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt – in Abzugsrichtung gesehen – hinter dem letzten Flechtrad und vor diesem nachfolgenden Teilen der Pultrusionseinrichtung angeordnet. Insbesondere ist es möglich, dass eine Schnellkupplung, welche bevorzugt zur Verbindung der Flechteinrichtung mit der Pultrusionseinrichtung dient, zwischen der ersten Teilhalteeinrichtung und der zweiten Teilhalteeinrichtung angeordnet ist, sodass diese beim Trennen der Flechteinrichtung von der Pultrusionseinrichtung ebenfalls voneinander getrennt werden. Die erste Teilhalteeinrichtung wird gemeinsam mit der Flechteinrichtung verlagert, während die zweite Teilhalteeinrichtung an der Pultrusionseinrichtung verbleibt. Zum Transport ist vorzugsweise die erste Teilhalteeinrichtung innerhalb der Flechteinrichtung – in Längsrichtung gesehen – nach hinten, also entgegen der Abzugsrichtung, verlagerbar.
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Bevorzugt weist die Halteeinrichtung mehrere Flechtringe auf, welche mittels eines – beispielsweise hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen – Aktors axial aufeinandergepresst werden können. Insbesondere können pro Teilhalteeinrichtung zwei aufeinander pressbare Flechtringe vorgesehen sein. Die durch das Aufeinanderpressen der Flechtringe entstehende Klemmung hält die Endlosfasern oder Endlosfaserenden in einer vorbestimmten Position. Vorzugsweise ist noch eine zwischen die Teilhalteeinrichtungen zwischengeschaltete Faserführung vorgesehen, welche das Einführen der Fasern oder Faserbündel, insbesondere der Rovings, in eine Fügeeinheit ermöglichen.
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Es wird auch ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das eine Spleisseinrichtung aufweist, die eingerichtet ist zum – insbesondere automatisierten – Trennen und Verbinden von Endlosfasern oder Endlosfaserbündeln. Somit ist ein einfaches und schnelles Trennen der Endlosfasern und auch wieder deren Verbindung beim Wechseln der Flechteinrichtung möglich. Dabei zeigt sich, dass die Flechteinrichtung vorzugsweise nicht erst dann gewechselt wird, wenn die Faserspindeln vollkommen leergelaufen sind, sondern vielmehr, solange noch ein vorbestimmter Vorrat auf den Faserspindeln vorhanden ist. Diese Vorgehensweise vereinfacht den Wechsel und insbesondere das automatisierte oder teilautomatisierte Rüsten der Flechtpultrusionsanlage deutlich. Es sind dann nämlich noch Endlosfasern vorhanden, welche von der Halteeinrichtung gehalten und insbesondere zwischen der ersten Teilhalteeinrichtung und der zweiten Teilhalteeinrichtung getrennt werden können, wobei anschließend die mit der neuen Flechteinrichtung und deren Teilhalteeinrichtung in die Flechtpultrusionsanlage hinein verlagerten, neuen Endlosfaserenden mit den von der zweiten Teilhalteinrichtung gehaltenen Endlosfaserenden verbunden werden können.
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Die Spleisseinheit weist vorzugsweise eine Trenneinheit zum Trennen der Endlosfasern auf. Diese weist vorzugsweise wenigstens ein Messer zum Durchschneiden der Fasern auf. Weiterhin weist die Spleisseinheit bevorzugt eine Fügeeinheit auf, die eingerichtet ist, um Endlosfaserenden oder Endlosfaserbündelenden miteinander zu verbinden. Insbesondere weist die Fügeeinheit bevorzugt wenigstens eine Spleisskammer auf, in welcher Faserenden mittels Druckluft und vorzugsweise durch Einbringen eines insbesondere pulverförmigen Klebstoffs miteinander verbunden werden können. Eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren sind in der deutschen Patentschrift
DE 10 2012 208 709 B3 beschrieben, wobei insoweit auf deren Inhalt verwiesen wird. Die Spleisseinrichtung ist vorzugsweise an dem Flechtwechselwagen, an der Flechteinrichtung oder an der Pultrusionseinrichtung angeordnet, insbesondere montiert. Insbesondere ist es möglich, dass die Spleisseinrichtung an der Halteeinrichtung, insbesondere an der ersten Teilhalteeinrichtung oder an der zweiten Teilhalteeinrichtung, befestigt ist.
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Es ist bevorzugt möglich, dass die Spleisseinrichtung wenigstens einen Mehrachsroboter aufweist, der die Endlosfasern oder Endlosfaserbündel voll- oder teilautomatisiert trennt und miteinander verbindet. Dabei ist es möglich, dass der Mehrachsroboter sowohl die Trenneinheit als auch die Fügeeinheit aufweist, oder diese im Rahmen eines Werkzeugwechsels tauschen kann.
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Es ist insbesondere möglich, dass der Mehrachsroboter auf einer Linearführung verfahrbar angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist der Mehrachsroboter auf dem Flechtwechselwagen – insbesondere auf einer Linearführung – verfahrbar angeordnet.
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Alternativ ist es auch möglich, dass ein Trennen der Endlosfasern durch eine an der Halteeinrichtung vorgesehene Klinge erfolgt, insbesondere durch eine radial an der Halteeinrichtung verfahrbare Klinge. Ein Verbinden von Endlosfasern kann auch per Hand erfolgen, insbesondere mit einem Handspleissgerät. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein Trennen der Fasern von Hand erfolgt, insbesondere mit einem Handmesser oder einer Handklinge.
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Insbesondere in Zusammenhang mit den beiden Anbindungs-Ausführungsbeispielen, also dem ersten Anbindungs-Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage mit einer zentralen Anbindungsstelle für alle Flechträder, welche nicht im Bereich der Flechteinrichtung, sondern vielmehr – in Abzugsrichtung gesehen – hinter dieser und im Bereich der Pultrusionseinrichtung angeordnet ist, als auch mit dem zweiten Anbindungs-Ausführungsbeispiel, bei welchem jedem Flechtrad eine eigene Anbindungsstelle auf dem Flechtkern im Bereich der Flechteinrichtung zugeordnet ist, wird das folgende Ausführungsbeispiel bevorzugt:
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das durch eine Kernbehandlungseinrichtung gekennzeichnet ist, die eingerichtet ist zum Trennen und/oder zum Verbinden von Teilstücken des Flechtkerns. Um die Flechteinrichtung von den weiteren Komponenten der Flechtpultrusionsanlage trennen und entfernen zu können, ist es nötig, den als durchgängiges Profilteil extrudierten Flechtkern – in Abzugsrichtung gesehen – vor und hinter der Flechteinrichtung zu trennen. Die Flechteinrichtung kann dann mitsamt dem ihr zugeordneten, herausgetrennten Teilstück des Flechtkerns verlagert werden. Wird eine neu gerüstete Flechteinrichtung in den Bereich der Flechtpultrusionsanlage hinein verlagert, ist es wiederum nötig, ein dieser Flechteinrichtung zugeordnetes Teilstück des Flechtkerns einerseits mit dem im Extruder verweilenden oder aus dem Extruder kommenden Teilstück und andererseits mit dem noch in der Pultrusionseinrichtung verbliebenen Teilstück des Flechtkerns zu verbinden. Erst danach kann die Flechtpultrusionsanlage erneut gestartet werden, wobei der dann quasi um das Mittelstück ergänzte und insoweit wieder vollständige Flechtkern kontinuierlich durch die Flechtpultrusionsanlage gefördert wird.
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Die Kernbehandlungseinrichtung weist demnach bevorzugt eine Trenneinheit auf, die eingerichtet ist, um eine Trennstelle an dem Flechtkern zu schaffen und/oder den Flechtkern in zwei Teilstücke zu teilen. Die Trenneinheit weist vorzugsweise eine Schneideinheit, insbesondere ein Schneidmesser auf. Weiterhin weist die Kernbehandlungseinrichtung vorzugsweise eine Fügeeinheit auf, die eingerichtet ist, um zwei Teilstücke eines Flechtkerns miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist es möglich, dass die Fügeeinheit ein Heizelement aufweist, welches zwischen zwei Enden des Flechtkerns angeordnet werden kann. Anschließend können die Enden des Flechtkerns mittels der Heizeinrichtung – vorzugsweise drucklos – erwärmt und insbesondere bereichsweise aufgeschmolzen werden. Danach wird das Heizelement entfernt, und die beiden Enden des Flechtkerns werden stirnseitig gegeneinander gedrückt, wobei sie eine stoffschlüssige Verbindung miteinander eingehen. Diese Vorgehensweise entspricht einem Schweißen der Flechtkernenden mithilfe des Heizelements. Dabei kann ein Schweißwulst entstehen, der radial über die Verbindungsstelle übersteht. Bevorzugt weist die Kernbehandlungseinrichtung daher auch ein Wulstentfernungsmittel auf, mit welchem der Schweißwulst entfernbar ist. Das Wulstentfernungsmittel ist besonders bevorzugt als Radialfräser ausgebildet.
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Alternativ ist es gemäß einer zweiten Ausgestaltung möglich, dass mittels der Fügeeinheit ein Adapternippel oder eine Schweißmuffe zwischen die zu verbindenden Enden des Flechtkerns eingebracht werden kann. Insbesondere kann ein solcher Adapternippel oder eine solche Schweißmuffe – vorzugsweise mittels des Mehrachsroboters – in die Hohlräume der als Hohlprofile ausgebildeten Flechtkernenden eingeführt werden. Die Schweißmuffe oder der Adapternippel weisen Heizwendeln auf, vorzugsweise wenigstens eine integrierte Kupferspule, die durch Verbinden mit einer Stromquelle beheizbar sind. Die Flechtkernenden werden also zunächst mithilfe der Schweißmuffe oder dem Adapternippel quasi nach Art einer Steckverbindung zusammengesteckt, wobei anschließend die Schweißmuffe oder der Adapternippel beheizt wird, wobei die Rohrenden miteinander verschweißt werden. Es entsteht eine stoffschlüssige Schweißverbindung, wobei der Adapternippel oder die Schweißmuffe bevorzugt an der Verbindungsstelle in dem Flechtkern verbleibt. Sie ist insoweit als verlorenes Teil ausgestaltet.
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Die Kernbehandlungseinrichtung weist bevorzugt einen Mehrachsroboter auf oder ist vorzugsweise an einem Mehrachsroboter angeordnet und/oder von einem Mehrachsroboter gehalten. Es ist möglich, dass der Mehrachsroboter sowohl die Trenneinheit als auch die Fügeeinheit hält und bestimmungsgemäß handhaben und positionieren kann. Alternativ ist es möglich, dass der Mehrachsroboter für einen Werkzeugwechsel eingerichtet ist, wobei er zwischen der Trenneinheit und der Fügeeinheit bedarfsgerecht wechseln kann.
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Der Mehrachsroboter ist vorzugsweise an einer Linearführung angeordnet, wobei die Linearführung bevorzugt an dem Flechtwechselwagen angeordnet ist. Die Anordnung des Mehrachsroboters an einer Linearführung hat den Vorteil, dass ein und derselbe Mehrachsroboter zum Trennen und Fügen des Flechtkerns sowohl im Bereich zwischen der Extrudereinrichtung und der Flechteinrichtung als auch im Bereich zwischen der Flechteinrichtung und der Pultrusionseinrichtung verwendet werden kann, insbesondere indem er zwischen diesen Bereichen entlang der Linearführung verlagert wird. Selbstverständlich ist es alternativ auch möglich, zwei Mehrachsroboter zu verwenden, wobei jedem Trenn- und Fügebereich ein separater Mehrachsroboter zugeordnet ist.
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Bei dem zuvor erläuterten, ersten Anbindungs-Ausführungsbeispiel, bei welchem eine zentrale Anbindungsstelle hinter der Flechteinrichtung und vor der Pultrusionseinrichtung besteht, die bei einem Wechsel der Flechteinrichtung im Bereich der Pultrusionseinrichtung verbleibt, ist es nach einem Wechsel der Flechteinrichtung oder einem Rüsten nicht erforderlich, die Endlosfaserenden erneut an den Flechtkern zu binden, weil diese im Bereich der Anbindungsstelle an den Flechtkern angebunden bleiben und vielmehr durch die der Pultrusionseinrichtung zugeordnete Teilhalteeinrichtung gehalten werden. Demgegenüber ergibt sich bei dem zweiten Anbindungs-Ausführungsbeispiel das Problem, dass ein Wechsel der Faserspindeln stets auch eine neue Anbindung von Endlosfaserenden an den der Flechteinrichtung zugeordneten Anbindungsstellen erforderlich macht.
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In Zusammenhang mit dem zweiten Anbindungs-Ausführungsbeispiel, bei welchem jedem Flechtrad eine separate Anbindungsstelle – in Abzugsrichtung gesehen – hinter dem jeweiligen Flechtrad zugeordnet ist, wobei die Anbindungsstellen an der Flechteinrichtung angeordnet sind, wird daher insbesondere Folgendes bevorzugt:
Es wird ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, die sich durch eine Anbindungseinrichtung auszeichnet, die eingerichtet ist zum Befestigen von Endlosfaserenden an dem Flechtkern.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Anbindungseinrichtung, welches insbesondere, aber nicht ausschließlich, für größere Flechtkerndurchmesser geeignet ist, weist die Anbindungseinrichtung eine Haltemanschette auf, welche auf dem Flechtkern befestigbar ist, und mittels derer Endlosfaserenden an vorherbestimmten Positionen an dem Flechtkern festgeklemmt werden können. Die Haltemanschette ist außerdem als Schweißschablone ausgebildet und weist definierte Anschweißpunkte auf, an welchen die Endlosfaserenden, die von der Haltemanschette festgeklemmt sind, insbesondere mittels eines Handschweißgeräts an den Flechtkern angeschweißt werden können. Mithilfe der Haltemanschette ist auf diese Weise eine ebenso einfache wie schnelle und genaue Positionierung und Anbindung der Endlosfaserenden an den Flechtkern möglich.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Anbindungseinrichtung, welches insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, für kleinere Flechtkerndurchmesser geeignet ist, weist eine heizbare Spannmanschette auf, mit der Endlosfaserenden gegen den Flechtkern geklemmt werden können. Die Spannmanschette ist – vorzugsweise elektrisch – beheizbar, wobei die zwischen dem Flechtkern und der Spannmanschette geklemmten Endlosfaserenden durch Beheizen der Spannmanschette mit dem Flechtkern verschweißt werden. Bevorzugt weist die Spannmanschette hierzu eine integrierte Heizspule auf, welche sie auf die benötigte Schweißtemperatur bringt. Hierzu ist die Spannmanschette mit einem Stromerzeuger verbindbar oder verbunden. Die Heizspule ist bevorzugt eine Kupferspule.
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Schließlich wird auch ein Ausführungsbeispiel der Flechtpultrusionsanlage bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass diese wenigstens zwei Flechteinrichtungen aufweist. Dabei ist eine erste Flechteinrichtung in dem Betriebszustand anordenbar, wobei zugleich eine zweite Flechteinrichtung in dem Wechselzustand und/oder in einem Rüstzustand anordenbar ist. Dabei spricht die Anordnung einer Flechtanordnung in einem Rüstzustand insbesondere an, dass diese an einem vorbestimmten Rüstplatz angeordnet und dort gerüstet wird. Beim Rüsten werden insbesondere die Flechträder neu mit Faserspindeln oder die Faserspindeln neu mit Endlosfasern bestückt. Dies geschieht vorzugsweise manuell. Dabei werden vorzugsweise auch die Faserenden oder Faserbündelenden manuell auf die erste Teilhalteeinrichtung aufgebracht. Es ist möglich, dass hierfür ein insbesondere entfernbarer Schablonenring vorgesehen ist, der eine korrekte Positionierung der Faserenden sowie einen korrekten Überhang derselben zum späteren Verbinden mit den Faserenden, welche durch die zweite Teilhalteeinrichtung gehalten werden, ermöglicht. Alternativ werden die Faserenden oder Faserbündelenden bevorzugt an dem vorbestimmten Rüstplatz mit dem Flechtkern an den hierfür vorgesehenen Anbindungsstellen verbunden, insbesondere mittels der zuvor beschriebenen Anbindungseinrichtung, welche bevorzugt eine Haltemanschette in Verbindung mit einem Handschweißgerät oder eine heizbare Spannmanschette aufweisen kann. Weist die Flechtpultrusionsanlage wenigstens zwei Flechteinrichtungen auf, ist sie quasi durchgängig bis auf äußerst geringe Standzeiten und somit kontinuierlich oder quasikontinuierlich betreibbar. Zugleich kann das Rüsten der Flechteinrichtung völlig aus dem Anlagenbereich weg und insbesondere zu dem vorbestimmten Rüstplatz verlagert werden, was große Vorteile in Hinblick auf das mit dem Rüsten verbundene Fehler- und Verletzungsrisiko hat.
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Die Aufgabe wird insbesondere auch gelöst, indem ein Verfahren zum Wechseln einer Flechteinrichtung einer Flechtpultrusionsanlage, insbesondere einer Flechtpultrusionsanlage nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, mit folgenden Schritten geschaffen wird: Es wird eine erste Flechteinrichtung von einer benachbarten Komponente der Flechtpultrusionsanlage getrennt. Die erste Flechteinrichtung wird von der benachbarten Komponente entfernt. Eine zweite Flechteinrichtung wird an die benachbarte Komponente herangeführt, und die zweite Flechteinrichtung wird mit der benachbarten Komponente verbunden. Dabei verwirklichen sich im Rahmen des Verfahrens die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit der Flechtpultrusionsanlage beschrieben wurden. Insbesondere ist ein hochwirtschaftliches, schnelles, automatisiertes oder teilautomatisiertes Wechseln der Flechteinrichtung in der Flechtpultrusionsanlage möglich, sodass deren Standzeiten drastisch verringert werden.
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Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die zweite Flechteinrichtung gerüstet wird, während zugleich die erste Flechteinrichtung in der Flechtpultrusionsanlage zum Flechten verwendet wird. Auf diese Weise ist ein hochparallelisiertes Rüstkonzept umsetzbar, bei dem keine Leer- oder Standzeiten für die Flechtpultrusionsanlage mehr auftreten. Selbstverständlich wird dies bevorzugt auch umgekehrt durchgeführt, wobei dann die erste Flechteinrichtung gerüstet wird, während die zweite Flechteinrichtung in der Flechtpultrusionsanlage zum Flechten verwendet wird.
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Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform des Verfahrens, welche folgende Schritte aufweist:
Nachdem die Faserspindeln – vorzugsweise bis zu einer vorbestimmten Restlänge an auf den Faserspindeln vorhandenen Endlosfasern – leergelaufen sind, werden die Flechträder gestoppt. Der Flechtwechselwagen fährt unter die Flechteinrichtung. Der Flechtkern wird durch die Extrudereinrichtung weiter extrudiert und durch die transportable Flechteinrichtung gezogen/geschoben, ohne dabei umflochten zu werden. Schließlich wird die Extrudereinrichtung gestoppt. Auch die Abzugseinrichtung und die Pultrusionseinrichtung werden nun gestoppt. Mithilfe der Kernbehandlungseinrichtung wird der Flechtkern – in Abzugsrichtung gesehen – vor und hinter der transportablen Flechteinrichtung getrennt. Die Schnellkupplungen der Flechteinrichtung werden gelöst. Der Flechtwechselwagen hebt die Flechteinrichtung an und fährt diese zu dem vorbestimmten Rüstplatz.
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Es wird eine neue Flechteinrichtung herangefahren, und diese wird relativ zu den benachbarten Komponenten ausgerichtet. Dabei übernimmt eine berührungslose Messtechnik, insbesondere in Form einer Kameraoptik, eines Lasers und/oder eines Tastersystems, die Kontrolle der Ausrichtung. Sind die Flechteinrichtung und die benachbarten Komponenten relativ zueinander ausgerichtet, werden vorzugsweise die Schnellkupplungen geschlossen.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird nun das Heizelement der Anbindungseinrichtung von dem Mehrachsroboter zwischen das flechteinrichtungsseitige und das extrudereinrichtungsseitige Flechtkernende gefahren, wobei die beiden Enden miteinander verschweißt werden. Anschließend wird das Heizelement von dem Mehrachsroboter zwischen das flechteinrichtungsseitige Ende und das pultrusionseinrichtungsseitige Ende des Flechtkerns gefahren, wobei auch diese beiden Enden miteinander verschweißt werden.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird der Adapternippel oder die Schweißmuffe zwischen die Flechtkernenden gefahren. Diese werden zusammengeschoben, wobei der Adapternippel oder die Schweißmuffe in beide Flechtkernenden bis zum Anschlag eingeschoben wird. Der elektrische Kontakt der Schweißmuffe oder des Adapternippels beziehungsweise der dort integrierten Heizwendeln wird mit Strom beaufschlagt, sodass diese sich erhitzen. Sobald die Schweißtemperatur erreicht ist, schmilzt die Thermoplastmatrix des Flechtkerns auf, sodass der Adapternippel oder die Schweißmuffe einerseits und die Flechtkernenden andererseits miteinander verschweißt werden. Dies wird – insbesondere durch den Mehrachsroboter – an beiden Verbindungsstellen, also an der extrudereinrichtungsseitigen Verbindungsstelle wie auch an der pultrusionseinrichtungsseitigen Verbindungsstelle durchgeführt.
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Anschließend – nach einer Abkühlphase der Schweißnähte – werden die Abzugseinrichtung und die Flechträder angefahren und die Pultrusion wird gestartet. Auch die Extrudereinrichtung wird wieder gestartet.
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Bereiche von Fügestellen sowie thermisch geschädigte Bereiche werden bevorzugt automatisiert von einer Ablängeinrichtung im Anschluss an die Pultrusion getrennt und als Abfall einem Recyclingprozess zugeführt.
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Zum Rüsten der Flechteinrichtung, insbesondere an dem bestimmten Rüstplatz, werden bei einer Flechtpultrusionsanlage gemäß dem zweiten Anbindungs-Ausführungsbeispiel vorzugsweise folgende Verfahrensschritte durchgeführt: Die Faserspindeln werden von Klöppeln der Flechträder entfernt. Anschließend werden die Klöppel mit neuen Faserspindeln bestückt. Gemäß einer ersten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Haltemanschette, die zugleich als Schweißschablone ausgestaltet ist, auf dem Flechtkern befestigt. Die Endlosfaserenden werden manuell nacheinander von der Faserspindel zu dem Flechtkern gezogen und dort an der Haltemanschette an vorherbestimmten Positionen fixiert. Dort werden sie mittels eines Schweißgeräts, insbesondere eines Handschweißgeräts, stoffschlüssig an den Flechtkern angebunden. Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens werden alternativ – insbesondere bei kleineren Flechtkerndurchmessern – die Endlosfaserenden gleichmäßig – in Umfangsrichtung gesehen – um den Flechtkern drapiert, wobei sie durch eine heizbare Spannmanschette festgeklemmt werden. An eine Heizwendel der Spannmanschette wird eine Spannung angelegt, wodurch die Schweißenergie zum Anschweißen der Endlosfaserenden an den Flechtkern aufgebracht wird. Nach dem Rüsten kann die fertig gerüstete Flechteinrichtung mittels des Flechtwechselwagens zu den weiteren Komponenten der Flechtpultrusionsanlage verlagert und dort eingewechselt werden.
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Die Beschreibung der Flechtpultrusionsanlage einerseits und des Verfahrens zum Wechseln einer Flechteinrichtung einer Flechtpultrusionsanlage andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Dabei sind Merkmale der Flechtpultrusionsanlage, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Flechtpultrusionsanlage. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit der Flechtpultrusionsanlage erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeigt sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, der durch wenigstens ein Merkmal der Flechtpultrusionsanlage bedingt ist. Die Flechtpultrusionsanlage zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt des Verfahrens bedingt ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Flechtpultrusionsanlage;
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2 eine Detaildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anbindungseinrichtung;
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3a) eine Detaildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anbindungseinrichtung in Seitenansicht, und
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3b) eine Vorderansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Anbindungseinrichtung gemäß 3a).
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Flechtpultrusionsanlage 1. Diese dient der Herstellung eines Profilteils 3 aus faserverstärktem Kunststoff. Hierzu weist die Flechtpultrusionsanlage 1 eine Flechteinrichtung 5 auf, die eingerichtet ist zum Aufflechten von Endlosfasern 7 auf einen Flechtkern 9. Dabei sind hier mit dem Begriff „Endlosfasern” auch Endlosfaserbündel und insbesondere sogenannten Hybridrovings angesprochen. Der besseren Übersichtlichkeit wegen ist nur eine der Endlosfasern mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet.
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Die Flechtpultrusionsanlage 1 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist eine Extrudereinrichtung 10 auf, die eingerichtet ist, um den Flechtkern 9 – insbesondere kontinuierlich – als Extrusionsprofil herzustellen. Besonders bevorzugt ist die Extrudereinrichtung 10 als Mehrkomponentenextruder ausgebildet, mit dem ein Flechtkern 9 herstellbar ist, der eine Mehrzahl von insbesondere voneinander verschiedenen Schichten aufweist. Dabei können sich die Schichten insbesondere in Hinblick auf ihre Funktion in einem späteren Bauteil unterscheiden. Besondres bevorzugt ist mithilfe des Mehrkomponentenextruders ein faserverstärktes Extrusionsprofil als Flechtkern 9 herstellbar, wobei sich verschiedene Schichten des Extrusionsprofils in Hinblick auf die verwendeten Verstärkungsfasern und/oder in Hinblick auf einen verwendeten Matrixkunststoff unterscheiden können. Dabei können diese Komponenten insbesondere in Hinblick auf die spätere Funktion der Schichten ausgewählt werden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Flechtkern 9 kontinuierlich durch die Extrudereinrichtung 10 hergestellt und entlang der Flechtpultrusionsanlage 1 gefördert, insbesondere gezogen und/oder geschoben. In der Flechteinrichtung 5 werden die Endlosfasern 7 auf den Flechtkern 9 aufgeflochten. Dabei zeigt sich, dass hier – anders als bei einer Flechtpultrusionsanlage 1 mit stationärem Flechtkern – keine Relativbewegung zwischen den Endlosfasern 7 und dem Flechtkern 9 – entlang der Abzugsrichtung der Flechtpultrusionsanlage 1 gesehen – erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass eine Reibung zwischen den Endlosfasern 7 und dem Flechtkern 9 minimiert, vorzugsweise sogar eliminiert ist, sodass die Endlosfasern 7 in ihrer Stabilität nicht beeinträchtigt werden.
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Die Flechtpultrusionsanlage 1 weist außerdem eine Pultrusionseinrichtung 11 auf, die eingerichtet ist zur Imprägnierung und/oder Konsolidierung eines mittels der Flechteinrichtung 5 hergestellten Hohlprofilgeflechts. Insbesondere ist es möglich, dass die Pultrusionseinrichtung 11 ein Konsolidierungswerkzeug mit einer Einzugsmatrize und einer Temperiervorrichtung zum Imprägnieren und Konsolidieren des mittels der Flechteinrichtung 5 erzeugten Hohlprofilgeflechts aufweist. Außerdem weist die Pultrusionseinrichtung 11 eine Abzugseinrichtung 13 auf, die eingerichtet ist, um das Hohlprofilgeflecht gemeinsam mit dem Flechtkern 9 abzuziehen, also entlang der Flechtpultrusionsanlage 1 – in Abzugsrichtung gesehen – zu fördern, und es insbesondere durch die Pultrusionseinrichtung 11 – in 1 von links nach rechts – zu fördern.
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Es ist möglich, dass die Extrudereinrichtung 10 zusätzlich eine Schubeinrichtung 14 aufweist, welche den extrudierten Flechtkern 9 in Abzugsrichtung durch die Flechtpultrusionsanlage 1 fördert.
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Die Flechteinrichtung 5 weist zusätzliche Konsolidierungseinheiten 16 auf, die hier einen Infrarotstrahler 20 und einen Konsolidierungsring 20' aufweisen. Mithilfe der Konsolidierungseinheiten 16 können die Endlosfasern 7 vorab, das heißt vor dem Einlaufen in die Pultrusionseinrichtung 11, auf dem Flechtkern 9 konsolidiert werden. Dabei verschmilzt bevorzugt ein von den Endlosfasern 7 umfasstes Matrixmaterial mit einem Matrixmaterial einer äußeren Schicht des Flechtkerns 9.
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Die Pultrusionseinrichtung 11 umfasst hier alle Teile der Flechtpultrusionsanlage 1, die – in Abzugsrichtung gesehen – hinter der Flechteinrichtung 5 angeordnet sind. Dazu gehören hier auch eine Inspektionseinrichtung 15 zur Kontrolle des Profilteils 3, und eine Nachverformungseinrichtung 17 zur Nachverformung des Profilteils 3. Dabei ist durch die Nachverformungseinrichtung 17 insbesondere eine Querschnittsform des Profilteils 3 veränderbar. Es ist aber auch möglich, dass zusätzlich oder alternativ hierzu eine Richtung des Profilteils veränderbar ist, indem dieses insbesondere gebogen wird.
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Die Flechtpultrusionsanlage 1 ist so ausgebildet, dass die Flechteinrichtung 5 von benachbarten Komponenten, nämlich der Pultrusionseinrichtung 11 einerseits und der Extrudereinrichtung 10 andererseits trennbar und von diesen entfernbar ist. Hierzu ist die Flechteinrichtung 5 über eine lösbare Kopplungseinrichtung 18 mit der Extrudereinrichtung 10 verbunden. Die Kopplungseinrichtung 18 ist vorzugsweise automatisiert, insbesondere mittels eines Aktors, lösbar und besonders bevorzugt auch automatisiert schließbar.
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Die Flechteinrichtung 5 ist auf einer Verlagerungsplattform 19 angeordnet, die hier insbesondere als Hubplattform und ganz besonders als Palette ausgebildet ist. Diese weist Eingriffsausnehmungen 21 in Form konischer Nuten für den Eingriff einer Hubgabel eines nur schematisch angedeuteten Flechtwechselwagens 22 auf. Dabei sind die Eingriffsausnehmungen 21 bezüglich ihres in 1 dargestellten Querschnitts bevorzugt auf eine Querschnittsgeometrie der Hubgabelzinken des Flechtwechselwagens 22 abgestimmt.
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Die Verlagerungsplattform 19 ist jedenfalls eingerichtet zur Verlagerung und insbesondere zum Transport der Flechteinrichtung 5.
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Die Flechteinrichtung 5 weist eine Mehrzahl von Flechträdern 23, hier genau drei seriell hintereinander angeordnete Flechträder 23 auf, die mit Faserspindeln 25 bestückt sind. Ein Entfernen der Flechteinrichtung 5 von der Pultrusionseinrichtung 11 und der Extrudereinrichtung 10 dient insbesondere einem optimierten, vorzugsweise automatisierten oder teilautomatisierten Rüsten der Flechteinrichtung 5, wobei insbesondere die Faserspindeln 25 getauscht werden.
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Die Flechteinrichtung 5 ist in einem in 1 dargestellten, mit der Extrudereinrichtung 10 verbundenen Zustand, der auch als Betriebszustand bezeichnet wird, über die hier als Schnellkupplung 27 ausgebildete Kopplungseinrichtung 18 kraft- und formschlüssig an der Extrudereinrichtung 10 fixiert. Dabei ist die Schnellkupplung 27 vorzugsweise automatisch oder teilautomatisiert lös- und schließbar.
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Insbesondere durch die Abzugseinrichtung 13 aufgebrachte Abzugskräfte werden über die Schnellkupplung 27 in die Extrudereinrichtung 10 eingeleitet und dort – vorzugsweise durch eine Verankerung der Extrudereinrichtung 10 in einem Hallenboden 29 – abgestützt.
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Die Flechtpultrusionsanlage 1 weist außerdem eine Kernbehandlungseinrichtung 31 auf, die eingerichtet ist zum Trennen und zum Verbinden von Teilstücken des Flechtkerns. Dabei weist die Kernbehandlungseinrichtung 31 hier einen Mehrachsroboter 33 auf, der wenigstens ein Werkzeug 35 hält und eingerichtet ist zur Handhabung des Werkzeugs 35. Das Werkzeug 35 ist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus einer Trenneinheit, einer Fügeinheit und einem Radialfräser. Dabei ist die Trenneinheit eingerichtet zum Trennen von Teilstücken des Flechtkerns 9, die Fügeeinheit ist eingerichtet zum Verbinden von Teilstücken des Flechtkerns 9, wobei sie bevorzugt ein Heizelement aufweist, und der Radialfräser ist eingerichtet zum Entfernen eines Schweißwulstes an dem Flechtkern 9. Es ist möglich, dass der Mehrachsroboter zugleich mindestens zwei Werkzeuge 35 hält und zur Bearbeitung des Flechtkerns 9 in Position bringen kann. Insbesondere ist es möglich, dass der Mehrachsroboter 33 alle drei genannten Werkzeuge hält und abwechselnd in Position bringen kann. Alternativ ist es möglich, dass der Mehrachsroboter 33 für einen Werkzeugwechsel eingerichtet ist, wobei er je nach der zu erledigenden Aufgabe eines der genannten Werkzeuge 35 greift und handhabt.
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Der Mehrachsroboter 33 ist vorzugsweise an dem Flechtwechselwagen 22 angeordnet. Dieser weist wiederum bevorzugt eine Linearführung auf, entlang derer der Mehrachsroboter 33 – wie durch einen Doppelpfeil angedeutet – verlagerbar ist. Hierdurch ist es möglich, durch ein und denselben Mehrachsroboter 33, der in 1 einmal mit durchgezogenen Linien und einmal gestrichelt dargestellt ist, den Flechtkern 9 an beiden zu bearbeitenden Stellen, nämlich einerseits zwischen der Extrudereinrichtung 10 und der Flechteinrichtung 5 und andererseits zwischen der Flechteinrichtung 5 und der Pultrusionseinrichtung 11 zu bearbeiten.
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Es zeigt sich auch noch, dass die Flechteinrichtung 5 hier Anbindungsstellen für die Endlosfasern 7 an den Flechtkern 9 aufweist, welche direkt jedem der Flechträder 23 unmittelbar nachgeordnet und zugeordnet sind. In diesem Fall erfolgt eine Neuanbindung neuer Endlosfasern 7 am Rüstplatz für die Flechteinrichtung 5 mithilfe einer Anbindungseinrichtung.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer solchen Anbindungseinrichtung 37. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Die Anbindungseinrichtung 37 weist hier eine Haltemanschette 39 auf, die um den Flechtkern 9 gelegt ist. Die Haltemanschette 39 weist vorbestimmte Fixierstellen für die Endlosfasern 7 auf, wo diese zunächst auf dem Flechtkern 9 festgeklemmt werden können. Außerdem weist die Haltemanschette 39 in ihrer Eigenschaft als Schweißschablone vorbestimmte Anschweißpunkte 43 auf, an denen die Enden der Endlosfasern 7 – insbesondere mittels eines Handschweißgeräts – an den Flechtkern 9 angeschweißt werden können. Auf diese Weise ist es einfach, schnell und reproduzierbar möglich, die Endlosfasern 7 an den Flechtkern 9 anzubinden.
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3a) zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anbindungseinrichtung 37 in schematischer Seitenansicht. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Hierbei weist die Anbindungseinrichtung 37 eine heizbare Spannmanschette 45 auf, die so verwendet wird, dass zunächst die Enden der Endlosfasern 7 – in Umfangsrichtung gesehen – um den Flechtkern 9 herum gelegt werden, wobei sie dann mittels der Spannmanschette 45 gegen den Flechtkern 9 geklemmt werden. Die heizbare Spannmanschette 45 weist eine integrierte Heizspule 47 auf.
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In 3b), welche eine schematische Vorderansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Anbindungseinrichtung 37 gemäß 3a) zeigt, ist dargestellt, dass die Spannmanschette 45 und insbesondere die Heizspule 47 an eine externe Stromversorgung 49 angeschlossen werden kann/können. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Wird die Heizspule 47 mittels der Stromversorgung 49 mit einem Heizstrom beaufschlagt, werden die auf den Flechtkern 9 geklemmten Enden der Endlosfasern 7 erhitzt. Dabei wird die nötige Schweißtemperatur aufgebracht, um diese Enden auf den Flechtkern 9 zu schweißen. In 3b) ist auch dargestellt, dass die Spannmanschette 45 zwei Spannflansche 51, 51' aufweist, wobei hier der Spannflansch 51 wenigstens eine Gewindebohrung und der Spannflansch 51' wenigstens eine Durchgangsbohrung aufweist, wobei die Spannmanschette 45 mithilfe einer Spannschraube 53, welche die Spannflansche 51, 51' durchgreift, spannbar ist.
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Es zeigt sich, dass mithilfe der Flechtpultrusionsanlage 1 und dem Verfahren ein serientauglicher, hochintegrativer Herstellungsprozess darstellbar ist. Dabei werden verkürzte Stillstandszeiten der kontinuierlich produzierenden Flechtpultrusionsanlage 1 und ein erhöhter Durchsatz des Produkts beim Neurüsten durch Parallelisierung der Vorgänge verwirklicht. Es ergeben sich Kosten- und Energieeinsparungen durch Integration aller Herstellungsprozesse, insbesondere in einem sogenannten Oneshot-Verfahren. Aufgrund der deutlich reduzierten Standzeiten ist es möglich, die Radialflechträder 23 mit geringeren bewegten Massen auszustatten, weil ein geringeres Spindelgewicht benötigt wird. Dahinter steht die Überlegung, dass aufgrund der verkürzten Standzeiten ein häufigerer Wechsel der Faserspindeln möglich ist, ohne dass die Flechtpultrusionsanlage 1 deshalb unwirtschaftlich arbeitet. Durch die Automatisierung oder zumindest Teilautomatisierung, welche die Flechtpultrusionsanlage 1 sowie das Verfahren ermöglichen, können menschliche Fehlerquellen wie beispielsweise ein falsches Anbinden der Endlosfasern aufgrund von Zeitdruck, vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011018419 A1 [0002]
- DE 102009016596 A1 [0002]
- DE 102012208709 B3 [0028]
