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Die Erfindung betrifft eine Presse zur Herstellung eines Werkstoffes, insbesondere eines faserverstärkten Werkstoffes, eine Fertigungsanlage und ein entsprechendes Verfahren sowie eine Heizplatte einer Presse. Der faserverstärkte Werkstoff kann ein GFK und/oder CFK und/oder ein Aramidfaser-verstärkter Kunststoff sein.
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Herstellungsverfahren für faserverstärkte Kunststoffe, insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), sind bekannt. In der industriellen Fertigung werden häufig vorimprägnierte Fasern („pre-impregnated fibres“), so genannte Prepregs verwendet. Das Prepreg besteht aus Endlosfasern, die zusätzlich eine Mischung von Harz und Härtern, in manchen Fällen noch einen Beschleuniger, umfasst. Durch ein Tiefkühlen wird verhindert, dass das Harz mit dem Härter reagiert. Häufig wird das Prepreg nach der Formgebung unter erhöhten Temperaturen und Druck ausgehärtet. Für das Aushärten gibt es hydraulische Pressen, die auch die Heizfunktion übernehmen. Entsprechende Pressen können manuell oder mittels Roboter beladen werden. Für eine automatisierte Beladung mittels Robotern ist es notwendig, diese entsprechend zu dimensionieren, so dass die Formen mit den Prepregs eingelegt werden können. Für größere Werkstoffe benötigt man größere Pressen, für größere Pressen größere Roboter und für größere Roboter geeignete Halterungen. Insofern sinkt die Effizienz einer entsprechenden Fertigungsanlage in Abhängigkeit von dem herzustellenden Werkstoff. Hinzu kommt, dass je nach dem gewählten Werkstoff die Vorbereitungsarbeiten für die Herstellung einer entsprechend bestückten Form und die Nacharbeiten, die an dem gepressten Werkstoff vorgenommen werden müssen, relativ einfach sind. Insofern sind die anliefernden und abnehmenden Roboter nur teilweise ausgelastet.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine Presse zur effizienten Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes bereitzustellen. Insbesondere sollen die Anforderungen an die zur Bestückung und Entladung der Presse notwendigen Roboter verringert werden, so dass vorzugsweise mit sehr einfachen und schwach dimensionierten Robotern gearbeitet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand gemäß Anspruch 1 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
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Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Presse zur Herstellung eines Faserverbundwerkstoffes, insbesondere aus GFK und/oder CFK gelöst, wobei die Presse umfasst:
- - einen Pressbären;
- - ein unteres Gestell;
- - ein oberes Gestell zur Halterung des Pressbären;
- - mindestens einen Antrieb zur Auf- und Abbewegung des Pressbären in einer Bewegungsbahn;
- - mindestens vier Vertikalträger zur Verbindung des unteren Gestells mit dem oberen Gestell, wobei die Vertikalträger jeweils einen Innenabschnitt an der der Bewegungsbahn zugewandten Seite des jeweiligen Vertikalträgers haben, wobei mindestens ein Teilabschnitt des Innenabschnitts mindestens eines der Vertikalträger zur Ausbildung einer Durchfahrtsöffnung für Roboter von der Bewegungsbahn entfernt ist, wobei auf mindestens zwei zueinander senkrecht an der Presse verlaufenden Linearführungen, Roboter bewegbar sind.
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Anmeldungsgemäß kann die Bewegungsbahn als dreidimensionaler Körper verstanden werden, der durch die Auf- und Abbewegung des Pressbären innerhalb der Presse aufgespannt wird.
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Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Presse, insbesondere eine hydraulische Presse bereitzustellen, in die ein Roboter hineinfahren kann und/oder durch die ein Roboter hindurchfahren kann. Insofern kann sich der entsprechende Roboter für jede Tätigkeit, beispielsweise das Be- und/oder Entladen der Presse optimal positionieren, so dass der jeweilige Roboter nur eine sehr geringe Reichweite benötigt. Des Weiteren kann durch eine optimale Positionierung des Roboters, beispielsweise innerhalb der Presse, die für bestimmte Vorgänge aufzubringende Kraft deutlich reduziert werden. Durch die Möglichkeit, durch die Presse hindurch zu fahren, kann ein Roboter auf mehreren Seiten der Presse tätig werden. So kann die Anzahl der Roboter, die für das Be- und Entladen sowie die Vor- und Nachbereitung des Werkstoffes notwendig sind, reduziert werden. Die Durchfahrtsöffnung ermöglicht eine entsprechende Führung des Roboters durch die Presse hindurch.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine Durchfahrtsöffnung derart ausgebildet, dass der Roboter auch während des Herabsenkens des Pressbären und/oder während des Pressvorgangs in die Presse einfahren oder durch diese hindurchfahren kann.
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In einer Ausführungsform hat mindestens ein Vertikalträger zur Ausbildung der Durchgangsöffnung im Wesentlichen eine C-Form. Die Durchgangsöffnung kann entsprechend C-förmig ausgestaltet sein. Erfindungsgemäß fällt unter die C-Form auch eine Form, bei der ein Vieleck die Form eines Cs mehr oder weniger nachbildet. Entsprechend rund oder eckig kann auch die Durchfahrtsöffnung ausgebildet sein. Die C-Form hat den Vorteil, dass sie die Funktion der Kraftübertragung zwischen unterem und oberem Gestell sehr gut erfüllen kann, während Platz für die Durchfahrtsöffnung bleibt.
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In einer Ausführungsform spannt ein entsprechend gebogener Vertikalträger, insbesondere in der C-Form, eine Vertikalträger-Ebene auf. Die Krümmung des jeweiligen Vertikalträgers liegt im Wesentlichen in dieser Ebene. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Vertikalträger jeweils paarweise so angeordnet, dass deren Vertikalträger-Ebene in einer Ebene zusammenfällt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Vertikalträger punktsymmetrisch zu einer Mittelsenkrechten durch das Zentrum der Presse angeordnet und/oder spiegelsymmetrisch zu einer Längsebene und/oder zu einer Querebene. Eine entsprechende Anordnung der Vertikalträger führt zu einer besonders hohen Stabilität der Presse.
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Vertikalträger mehrere Abschnitte. Einer dieser Abschnitte erstreckt sich im Wesentlichen vertikal und wird nachfolgend als Vertikal-Teilabschnitt bzw. Vertikalabschnitt bezeichnet. Der Innenabschnitt dieses Vertikal-Teilabschnitts hat vorzugsweise eine Länge von mindestens 20 cm, insbesondere von mindestens 30 cm, insbesondere von mindestens 40 cm, insbesondere von mindestens 60 cm. Der jeweilige Vertikalträger ist vorzugsweise derart angeordnet, dass der Innenabschnitt dieses Vertikal-Teilabschnitts mindestens 20 cm, insbesondere mindestens 30 cm, insbesondere mindestens 40 cm, insbesondere mindestens 50 cm von der Bewegungsbahn beabstandet ist. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand des Innenabschnitts des Vertikalabschnitts zur Bewegungsbahn mindestens 10%, insbesondere mindestens 20% der Breite des Pressbären.
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Der Pressbär und/oder das untere und/oder das obere Gestell kann eine im Wesentlichen rechteckige Grundform haben. Die Vertikalträger können benachbart zu den Ecken des Pressbären und/oder unmittelbar an den Ecken des unteren und/oder oberen Gestells angeordnet sein. Durch die Anordnung der Vertikalträger an den Ecken bleibt die Presse an den Längsseiten im Wesentlichen frei zugänglich, so dass auch große Werkstoffe schnell ein- und entladen werden können.
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Die Presse kann des Weiteren mindestens eine Heizplatte und mindestens eine Heizanlage zur Bereitstellung eines erwärmten Fluids für das Beheizen der Heizplatte umfassen. Bei dem Fluid handelt es sich vorzugsweise um ein Öl. In einem Ausführungsbeispiel ist die Heizplatte derart ausgestaltet, wie dies nachfolgend noch erläutert wird.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Presse eine Kühleinrichtung zum Kühlen des erwärmten Fluids. Die Kühleinrichtung kann einen Wärmetauscher aufweisen, der einen ersten Heizkreislauf mit einem zweiten Heizkreislauf verbindet. Vorzugsweise wird der erste Heizkreislauf eingesetzt, um die mindestens eine Heizplatte zu beheizen bzw. zu kühlen. Der zweite Heizkreislauf kann an eine Gebäudeheizung angeschlossen sein, um Räume, beispielsweise Fertigungshallen, zu beheizen. Das Fluid des zweiten Heizkreislaufes kann entweder unmittelbar durch entsprechende Radiatoren oder Flächenheizungen geleitet werden oder in thermischer Verbindung mit einem weiteren Heizkreislauf stehen. Insofern kann die Abwärme der Presse, insbesondere der Heizplatte, dazu genutzt werden, um ein Gebäude zu beheizen. Die notwendige Energie zum Aufheizen des Fluids kann also zumindest teilweise rückgewonnen werden.
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Die oben genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Fertigungsanlage nach Anspruch 7 gelöst, die mindestens eine Presse umfasst, wie diese bereits beschrieben wurde, sowie mindestens einen Roboter. Vorzugsweise lässt sich dieser Roboter über die bereits beschriebene Durchfahrtsöffnung in die Presse hinein und/oder durch diese hindurchfahren. Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Verbindung mit der Presse beschrieben wurden.
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Die Fertigungsanlage kann des Weiteren mindestens eine Linearführung zur Halterung des mindestens einen Roboters umfassen. Diese Linearführung ist vorzugsweise an der Presse befestigt. Zumindest führt diese Linearführung abschnittsweise durch die bereits beschriebene Durchgangsöffnung, so dass der Roboter mittels dieser Linearführung in die Presse hinein oder durch diese hindurchfahren kann.
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In einer Ausführungsform gibt es mindestens ein Paar von Linearführungen, die wechselseitig zum Pressbären an der Presse befestigt sind. Mit den Linearführungen kann auf jeder Seite des Pressbären mindestens ein Roboter im Einsatz sein. Des Weiteren ist es möglich, dass die beiden Roboter miteinander kooperieren, um größere Werkstoffe oder Formen in die Presse einzuladen oder aus dieser herauszunehmen. Durch die Kooperation der Roboter können auch große Werkstoffe transportiert werden, wobei die Lasten nur mit sehr geringer Hebelwirkung auf die Roboter wirken. So können die Roboter kleiner dimensioniert werden.
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Die Fertigungsanlage kann des Weiteren einen Wendebereich umfassen, der es dem mindestens einen Roboter ermöglicht, von einer Seite der wechselseitig zum Pressbären angeordneten Linearführungen auf die andere Seite zu wechseln. Vorzugsweise umfasst dieser Wendebereich eine gekrümmte Linearführung, die die erste Linearführung auf der einen Seite des Pressbären mit der anderen Linearführung auf der anderen Seite des Pressbären verbindet.
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In einer Draufsicht kann sich also ein Linearführungssystem ergeben, das im Wesentlichen eine U-Form hat, wobei zwischen den beiden Schenkeln des U's der Pressbär zumindest teilweise eingeschlossen ist.
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Das Vorsehen eines entsprechenden Wendebereichs hat den Vorteil, dass ein Roboter auf beiden Seiten der Presse und/oder der Fertigungsstraße agieren kann. Erfindungsgemäß ist es daher möglich, auf das Vorsehen von zwei Robotern für das Paar von Linearführungen zu verzichten. Soweit dennoch zwei oder mehrere Roboter für ein Paar von Linearführungen vorgesehen sind, können diese Roboter gemeinsam auf einer Seite der Linearführung zusammenarbeiten, um bestimmte Vorgänge umzusetzen. Des Weiteren ist es möglich, dass die Roboter gewisse Prozesse parallel auf einer Seite der Linearführungen ausführen, um den Fertigungsprozess zu optimieren. Das Vorsehen des Wendebereichs erhöht daher die Flexibilität bei der Konfiguration der Fertigungsanlage.
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Des Weiteren ist es möglich, mehrere Wendebereiche pro Paar von Linearführungen vorzusehen. Beispielsweise ist eine Ausgestaltung des Linearführungssystems derart denkbar, dass der oder die Roboter an den Linearführungen im Kreis fahren können. Vorzugsweise umkreisen die Roboter zumindest den Pressbären.
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In einer Ausführungsform sind zwei Paare von Linearführungen an der Presse vorgesehen, wobei die Längsachsen der beiden Paare zueinander senkrecht verlaufen. So ist es möglich, dass die Presse von allen vier Seiten bedient (Be- und/oder Entladen) wird. Erfindungsgemäß ist es so möglich, eine Presse in zwei Fertigungsstraßen zu integrieren, die rechtwinklig zueinander verlaufen.
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Vorzugsweise ist mindestens einer der Roboter hängend an der Linearführung gehaltert. Die Linearführung verläuft also durch den oberen Bereich der Presse und ist vorzugsweise an den Trägern befestigt.
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Die Fertigungsanlage kann mindestens einen Ablagetisch umfassen, der zur Ablage von Werkstoffen durch den Roboter unterhalb oder neben der Linearführung des Roboters angeordnet ist. Der Ablagetisch ist vorzugsweise in einer Weise angeordnet, dass der Roboter ihn erreichen kann. Der Ablagetisch kann zur Vorbereitung oder Weiterverarbeitung des Werkstoffes dienen.
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Die Fertigungsstraße kann des Weiteren einen Schneidtisch mit einer Schneideinrichtung umfassen. Vorzugsweise wird das Prepreg von einer Rolle abgerollt und läuft direkt auf den Schneidtisch, auf dem dieses in geeigneter Weise zugeschnitten wird.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes gelöst, wobei das Verfahren umfasst:
- a) Beladen einer Presse mittels eines Roboters;
- b) Absenken eines/des Pressbären der Presse;
- c) Durchfahren der Presse mittels des Roboters, während oder nach dem Schritt b);
- d) Nachbearbeitung eines Werkstoffes mittels des Roboters nach dem Schritt c).
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Es ergeben sich ähnliche Vorteile, wie diese bereits in Verbindung mit der Fertigungsstraße und der Presse erläutert wurden. Der Schritt c) erfolgt zumindest in einem Zyklus vor oder während einem Anheben des Pressbären. Die Presse kann so ausgestaltet sein, wie dies bereits beschrieben wurde.
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Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch einen computerlesbaren Speicher mit Instruktionen zur Implementierung des Verfahrens gelöst, wenn die Instruktionen ausgeführt werden. Eine Ausführung kann auf einer Recheneinheit erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Ausführung auf einer Steuerung, die beispielsweise die bereits beschriebene Fertigungsanlage und/oder Presse steuert. Die Fertigungsanlage kann aber eine entsprechende Steuerung umfassen.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, das Herstellen des faserverstärkten Werkstoffes oder eines Werkstoffes allgemein zu optimieren. Hierfür wird erfindungsgemäß eine Heizplatte für eine Presse zur Herstellung eines Werkstoffes nach Anspruch 17 bereitgestellt.
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Die erfindungsgemäße Heizplatte für eine Presse zur Herstellung eines Werkstoffes, umfasst eine Vielzahl von Querbohrungen, eine Vielzahl von Adaptern, mittels derer die Querbohrungen zur Bereitstellung von Fluidkreisläufen zusammengeschlossen sind, wobei mindestens einer der Fluidkreisläufe mit einem Zulauf über einen Zulaufteilabschnitt und einem Ablauf über einen Ablaufteilabschnitt in fluider Verbindung steht,
wobei einige der Querbohrungen in der Heizplatte kürzer sind als die ganze Breite der Heizplatte, so dass sich in einem Zulaufteilabschnittsbereich sowie in einem Ablaufteilabschnittsbereich Unterbrechungen ergeben, wobei im Zulaufteilabschnittsbereich der Zulaufteilabschnitt zur Fluidversorgung mit einer ersten der verkürzten Querbohrungen in fluider Verbindung steht und im Ablaufteilabschnittsbereich zur Fluidentsorgung der Ablaufteilabschnitt mit einer zweiten der verkürzten Querbohrungen in fluider Verbindung steht, und wobei die Adapter derart seitlich anschraubbar sind, dass sich mindestens ein Fluidkreislauf ergibt, bei dem mindestens ein Paar von benachbarten Querbohrungen eine erste Querbohrung für ein einlaufendes Fluid und eine zweite Querbohrung für ein ablaufendes Fluid umfasst.
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Diese Heizplatte umfasst in einer weiteren Ausführungsform eine Vielzahl von, vorzugsweise parallel verlaufenden, Querbohrungen und eine Vielzahl von Adaptern, mittels derer die Querbohrungen zur Bereitstellung eines Fluidkreislaufes miteinander verbunden sind. Die Adapter können erfindungsgemäß derart angeordnet und ausgebildet sein, dass sich ein Fluidkreislauf ergibt, bei dem mindestens ein Paar von benachbarten Querbohrungen eine erste Querbohrung für ein einlaufendes Fluid, und eine zweite Querbohrung für ein ablaufendes Fluid umfasst.
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Erfindungsgemäß werden also eine Vielzahl von Querbohrungen durch die Adapter zu einem geschlossenen Fluidkreislauf zusammengeschlossen, der mit einem Zulauf und einem Ablauf in fluider Verbindung steht. Dieser Fluidkreislauf kann anmeldungsgemäß in einen einlaufenden Kreislaufteil und einen ablaufenden Kreislaufteil unterteilt werden. Im Endeffekt hat der Fluidkreislauf einen Wendepunkt oder einen Wendebereich, von dem an das über den Zulauf eingeleitete Fluid wieder zurück in Richtung auf den Ablauf zu geführt wird.
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Erfindungsgemäß ist der Fluidkreislauf derart ausgebildet, dass zumindest an einem Abschnitt dieses Fluidkreislaufes das einlaufende Fluid unmittelbar benachbart zu dem ablaufenden Fluid strömt. Hierfür können zwei parallel nebeneinander verlaufende Querbohrungen genutzt werden.
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Die erfindungsgemäße Heizplatte sieht es vor, dass die Querbohrungen derart von dem Fluid durchströmt werden, dass der Temperaturgradient zwischen dem Fluid von zwei benachbarten Querbohrungen möglichst hoch ist.
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Dies hat den Vorteil, dass sich die hohen Temperaturen des einlaufenden Fluids mit den niedrigen Temperaturen des ablaufenden Fluids so ausgleichen, dass sich über die gesamte Heizplatte eine im Wesentlichen konstante Temperatur ergibt.
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Ein weiterer erfindungsgemäßer Aspekt der Heizplatte besteht darin, dass der Fluidkreislauf durch die Querbohrungen und die Adapter so definiert wird, dass das Fluid einer vorgegebenen Bahn folgen muss. Insofern können die Heizvorgänge auf der Heizplatte genau vorhergesagt werden.
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In einer Ausführungsform der Heizplatte ist mindestens ein Adapter zur fluiden Verbindung eines Paares von Querbohrungen vorgesehen. Der Adapter ist derart ausgebildet und angeordnet, dass Querbohrungen verbunden werden, die benachbart zu einer weiteren Querbohrung angeordnet sind. Die beiden Querbohrungen sind also nicht unmittelbar zueinander benachbart, da die weitere Querbohrung (mittig) zwischen den beiden Querbohrungen verläuft.
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Im Endeffekt kann also jede zweite Querbohrung dem zulaufenden Fluidteilkreislauf zugeordnet werden. Dementsprechend sind die verbleibenden Querbohrungen dem ablaufenden Fluidteilkreislauf zuzuordnen.
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Mindestens ein Adapter kann derart ausgebildet sein, dass er zwei Fluidkanäle bereitstellt, die jeweils ein Paar von Querbohrungen miteinander verbinden. Vorzugsweise erfolgt diese Verbindung auf Lücke, wie dies bereits beschrieben wurde.
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Der oder die Adapter ist oder sind anschraubbar. Vorzugsweise werden die fluiden Verbindungen zwischen den einzelnen Querbohrungen also seitlich an der Heizplatte vorgenommen. Dies erleichtert den Fertigungsprozess sowie die Wartung der Heizplatte.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben, die mittels Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fertigungsanlage, umfassend eine hydraulische Presse;
- 2 eine Detailansicht der hydraulischen Presse aus 1 mit Heizanlage;
- 3 eine Draufsicht auf die hydraulische Presse aus 1 umfassend eine Linearführung sowie einen Roboter;
- 4 eine Seitenansicht der hydraulischen Presse aus 1;
- 5 eine perspektivische Ansicht der Presse aus 1 (ohne Hydraulik und Heizanlage);
- 6 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Fertigungsanlage mit einem Wendebereich für einen Roboter;
- 7 eine Seitenansicht einer Heizplatte zur Verwendung in der hydraulischen Presse der 2-5;
- 8 eine Draufsicht auf die Heizplatte aus 7;
- 9 einen Querschnitt durch die Heizplatte aus 7; und
- 10 eine Detailansicht des Querschnitts gemäß 9.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Fertigungshalle mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage 100. Die Fertigungshalle umfasst eine Kühlkammer 110 zur Lagerung des Prepregs vorzugsweise in Rollenform. Entlang der Längsachse der Fertigungshalle erstreckt sich die Fertigungsstraße 120. Am oberen Ende befindet sich ein Schneidtisch 70 mit einer Schneideinrichtung 71 für den Zuschnitt des Prepregs. Seitlich der Fertigungsstraße 120 befinden sich mehrere Vor-Konfigurationsplätze 160, auf denen der Zuschnitt aus der Schneideinrichtung 71 beispielsweise in Formen vorkonfiguriert werden kann. Über beinahe die gesamte Länge der Fertigungsstraße 120 erstreckt sich auf der linken und rechten Seite jeweils eine Führungsschiene 41, 41', die in einer Höhe von ca. 2,5 m angebracht ist und an der ein erster Roboter 40 bzw. ein zweiter Roboter 40' fahrbar befestigt ist. Vorzugsweise erfolgt die Abnahme des Zuschnitts von dem Schneidtisch 70 im Abnahmebereich 51 mittels der Roboter 40, 40'. Des Weiteren übernehmen die Roboter die Vor-Konfiguration auf den Vor-Konfigurationsplätzen 160. Alternativ kann die Vor-Konfiguration gänzlich oder teilweise manuell erfolgen.
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Der vor-konfigurierte Werkstoff kann mittels des Förderbands 50 entlang der Fertigungsstraße 120 in Richtung auf eine hydraulische Presse 10 zu transportiert werden. Alternativ kann der Transport auch von den Robotern 40, 40' übernommen werden. Vorzugsweise wird zumindest der Zuschnitt aus der Schneideinrichtung 71 mittels des Förderbands 50 transportiert.
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Am unteren Ende der Fertigungsstraße 120 gibt es einen ersten Ablagetisch 150. Der gepresste Werkstoff kann hier abgelagert und weiter bearbeitet werden. Eine Weiterbearbeitung kann beispielsweise mittels des ersten Roboters 40 erfolgen. Eine entsprechende Weiterbearbeitung kann beispielsweise das Bohren von Löchern, das Anbringen von Rahmen und/oder ein Lackieren sein. Ein weiterer Ablagetisch 150' befindet sich auf der linken Seite (gemäß der Bildebene aus 1) der hydraulischen Presse 10. Auch hier kann eine Nachbearbeitung erfolgen. Das Förderband 50 muss sich nicht zwangsläufig über die gesamte Länge der Fertigungsstraße 120 erstrecken. Stattdessen ist es möglich, zwischen dem Förderband 50 und der Presse einen weiteren unbewegten Bereich vorzusehen, der als Vor-Konfigurationsplatz dient. Ein entsprechender Vor-Konfigurationsplatz kann beispielsweise bei der Herstellung von größeren Werkstoffen notwendig sein.
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An den Seiten der Fertigungshalle befinden sich Regale 140, 140' zur Lagerung von Rohmaterial.
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Des Weiteren ist in der Lagerhalle eine Heizanlage 30 vorgesehen, die zur Beheizung einzelner Komponenten, der Presse 10 dient.
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Ein wesentlicher Aspekt des beschriebenen Ausführungsbeispiels besteht darin, dass die beiden Führungsschienen 41, 41' bzw. Linearführungen entlang des Schneidtisches 70 und durch die Presse 10 hindurch verlaufen und jeweils mindestens mit einem Roboter 40, 40' bestückt sind. Die Roboter 40, 40' können also das Verschieben von Formen, das Vor-Konfigurieren und/oder das Nachbearbeiten des Werkstoffes übernehmen. Die Führungsschienen 41, 41' verlaufen von einer Draufsicht aus betrachtet unmittelbar neben der Fertigungsstraße 120, so dass die Roboter 40, 40' mit sehr kurzen Armen 43 (3) ausgestattet werden können. Trotz der möglicherweise nur geringen Armlänge sind alle relevanten Punkt auf der Fertigungsstraße 120 - auch innerhalb der Presse 10 - erreichbar. Hinzu kommt, dass die Roboter 40, 40' aufgrund der Anordnung der Führungsschienen 40, 40' ihre Ziele schnell erreichen können. Der konstruktive Aufwand für die Installation der Führungsschienen 41, 41' ist sehr gering.
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2 zeigt eine perspektivische Detailansicht der hydraulischen Presse 10 aus 1. Neben der Presse 10 sind dort ebenfalls die Heizanlage 30 und der Kompressor 20 gezeigt. Wie in 4 dargestellt, wird Heizflüssigkeit über einen Zulauf 31 und einen Ablauf 32 für die Presse 10 bereitgestellt.
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Wesentliche Komponenten der hydraulischen Presse 10 sind ein unteres Gestell 12 und ein oberes Gestell 11, die über vier Säulen 13a, 13b, 13c, 13d miteinander verbunden sind. Die Presse 10 ist derart ausgebildet, dass sich zwischen dem oberen Gestell 11 und dem unteren Gestell 12 ein Freiraum ergibt, in dem ein Pressbär 14 gehaltert ist. Dieser Pressbär 14 ist über Hydraulikzylinder 21a, 21b, 21c, 21d an dem oberen Gestell 11 befestigt und lässt sich mittels der besagten Hydraulikzylinder 21a, 21b, 21c, 21d herabsenken und wieder anheben. Insofern kann der Pressbär 14 eingesetzt werden, um auf dem unteren Gestell 12 gelagerte Werkstoffe zu pressen. Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Säulen 13a, 13b, 13c und 13d C-förmig ausgebildet sind, so dass sich an jeder Säule 13a, 13b, 13c, 13d eine Durchfahrtsöffnung 15 ergibt, durch die die Roboter 40, 40' hindurchfahren können.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Presse 10 mit montierter Linearführung bzw. Führungsschiene 41. Diese Führungsschiene 41 ist im oberen Bereich der Säulen 13c und 13d befestigt, so dass der Roboter 40 mit dem Roboterarm 43 hängend durch die Durchfahrtsöffnungen 15 der Säule 13d und der Säule 13d hindurchfahren kann. Die Draufsicht gemäß 3 zeigt, dass die Säulen 13a bis 13d auf zwei Ebenen, nämlich der ersten C-Träger-Ebene E und der zweiten C-Träger-Ebene E' angeordnet sind.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Bewegungsbahn des Pressbären 14 deutlich von dem jeweiligen Innenabschnitt C (vgl. 5) der Säulen 13a, 13b, 13c, 13d beabstandet ist. Die Bewegungsbahn B ist ein virtueller Körper, der den Raum umfasst, innerhalb dessen der Pressbär 14 auf- und abbewegt wird. Bei der beschriebenen Ausführungsform handelt es sich hierbei wie in der 5 gezeigt, um einen Quader. Bei anderen Ausgestaltungen des Pressbären 14 können sich andere dreidimensionale Körper ergeben. Der Abstand d zwischen der Säule 13d und der Bewegungsbahn B ist in der 5 verdeutlicht.
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Aufgrund dieses Abstands d ergibt sich die Durchfahrtsöffnung 15.
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Die Säule 13d lässt sich ebenso wie die anderen Säulen 13a, 13b und 13c in drei Abschnitte untergliedern. Ein Basisabschnitt 16 der Säule 13d ist fest mit dem unteren Gestell 12 verschraubt und erstreckt sich horizontal und teilweise vertikal. An diesem Basisabschnitt 16 schließt sich ein Vertikalabschnitt 16' an, der sich im Wesentlichen vertikal erstreckt und in einen Horizontalabschnitt 16" mündet, der wiederum fest mit dem oberen Gestell 11 verschraubt ist. Der Vertikalabschnitt 16' hat eine Höhe h von ca. 60 cm. An dessen Innenseite (dem Pressbären 14 zugewandte Seite) verläuft der Innenabschnitt C. Der Innenabschnitt C hat einen Abstand d von 60 cm zu der Bewegungsbahn B.
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Im Endeffekt ergibt sich hierdurch eine Durchfahrtsöffnung 15 von 60 cm x 60 cm, so dass ein entsprechend dimensionierter Roboter 40, 40' ohne Probleme auch während des Bewegens des Pressbären 14 durchgefahren werden kann.
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Die Durchfahrtsöffnung 15 kann in Abhängigkeit von dem zu nutzenden Roboter 40, 40' abgewandelt werden.
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Ebenso können die Roboter 40, 40' mit unterschiedlichen Werkzeugen, beispielsweise zum Bohren und/oder Greifen ausgestattet werden.
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Wie in 4 gezeigt, ist die erfindungsgemäße Presse 10 mit einer oberen Heizplatte 60 und einer unteren Heizplatte 60' ausgestattet. Die untere Heizplatte 60' liegt auf dem unteren Gestell 12 auf der dem Pressbären 14 zugewandten Seite auf. Die obere Heizplatte 60 ist der unteren Heizplatte 60' gegenüberliegend an dem Pressbären 14 befestigt. Durch die Heizplatten 60, 60' wird mittels des Zulaufs 31 und des Ablaufs 32 ein in der Heizanlage 30 erhitztes Öl zirkuliert.
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Die 7 und 8 zeigen exemplarisch eine Detailansicht der oberen Heizplatte 60. Die untere Heizplatte 60' kann ähnlich oder identisch ausgeführt sein. Die obere Heizplatte 60 aus 7 wird über zwei Zulaufteilabschnitte, nämlich den ersten Zulaufteilabschnitt 31a und den zweiten Zulaufteilabschnitt 31b mit heißem Öl versorgt. Dieses heiße Öl wird über zwei Ablaufteilabschnitte, nämlich einem ersten Ablaufteilabschnitt 32a und einem zweiten Ablaufteilabschnitt 32b zu der Heizanlage 30 rückgeführt. Wie anhand der 9 ersichtlich, umfasst die obere Heizplatte 60 eine Vielzahl von Querbohrungen 63, 63', 63", die parallel zueinander angeordnet sind und einen konstanten Abstand aufweisen. Die meisten dieser Querbohrungen 63, 63', 63" verlaufen quer durch die gesamte Breite der oberen Heizplatte 60. Einige der Querbohrungen 63, 63', 63" sind jedoch deutlich weniger lang, so dass sich in den Bereichen der Ablaufteilabschnitte 32a, 32b und der Zulaufteilabschnitte 31a, 31b Unterbrechungen ergeben. An dieser Stelle stehen die Querbohrungen 63, 63', 63", insbesondere die Querbohrungen 63, in fluider Verbindung mit den Zulaufteilabschnitten 31a, 31b und den Ablaufteilabschnitten 32a, 32b. In der in 9 gezeigten Konfiguration ergeben sich im Endeffekt vier Fluidkreisläufe, die jeweils über ein Paar von Ablaufteilabschnitten 32a, 32b und Zulaufteilabschnitten 31a, 31b versorgt werden. Der erste Zulaufteilabschnitt 31a und der erste Ablaufteilabschnitt 32a versorgen und entsorgen einen ersten und einen zweiten Fluidkreislauf. Der zweite Zulaufteilabschnitt 31b und der zweite Ablaufteilabschnitt 32b versorgen und entsorgen einen dritten und einen vierten Fluidkreislauf. Der erste Fluidkreislauf wird nachfolgend anhand der 10 näher erläutert.
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Erfindungsgemäß sind die Querbohrungen 63, 63', 63" durch an den Seiten der Heizplatte 60 angeschraubten Seitenadaptern 61, 61', 61" derart miteinander verbunden, dass sich die besagten Fluidkreisläufe ergeben. Es ist also nicht notwendig, ein aufwändiges Leitungssystem innerhalb der Heizplatten 60, 60' vorzusehen. Vielmehr wird das Fluid einfach von einer Querbohrung 63, 63', 63" in eine weitere Querbohrung 63, 63', 63" mittels der Seitenadapter 61, 61', 61" weitergeleitet. Diese Seitenadapter 61, 61', 61" lassen sich seitlich auf die Heizplatten 60, 60' aufschrauben. 10 verdeutlicht den Pfad, den das Fluid im ersten Fluidkreislauf der oberen Heizplatte 60 nimmt. Das heiße Öl wird über den Zulaufteilabschnitt 31a von oben in die erste Querbohrung 63 eingebracht. Die Einbringöffnung ist im Wesentlichen mittig (in Querrichtung) vorgesehen. Von dort fließt das Öl zu einem oberen Randbereich 67a der Heizplatte 60. Der erste Seitenadapter 61 lenkt das Fluid an einer Querbohrung vorbei zu der zweiten Querbohrung 63'. Diese führt das Fluid quer (über die gesamte Breite) durch die Heizplatte 60 zu einem unteren Randbereich 67b der oberen Heizplatte 60. Der dort angeschraubte zweite Seitenadapter 61' lenkt das Fluid weiter in eine dritte Querbohrung 63". Auch die zweiten und dritten Querbohrungen 63', 63" sind voneinander durch eine weitere Querbohrung beabstandet. Die Fluidführung setzt sich im Endeffekt bis zum linken Randbereich der oberen Heizplatte 60 fort. Von dort wird das Öl über mehrere Querbohrungen (mit keinem Bezugszeichen versehen) zurück zu dem Ablaufteilabschnitt 32a geführt. Unter anderem werden hierfür die weiteren Querbohrungen, die auf Lücke zwischen den Querbohrungen 63, 63', 63" vorgesehen sind, verwendet. Entsprechend spiegelsymmetrisch ist der zweite Fluidkreislauf ausgebildet.
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Die erfindungsgemäßen Fluidkreisläufe führen dazu, dass die Heizplatten 60, 60' kontrolliert beheizt und/oder gekühlt werden können. Das zulaufende und ablaufende Fluid läuft so durch die Heizplatten 60, 60', dass das Fluid in benachbarten Querbohrungen 63, 63', 63" jeweils einen sehr hohen Temperaturgradienten hat. Dadurch, dass die Querbohrungen 63, 63', 63" mit den höchsten Temperaturdifferenzen unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind, gleicht sich der Wärmeunterschied aus, so dass die Heizplatten 60, 60' gleichmäßig beheizt und/oder gekühlt werden können.
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In einer Ausführungsform der Heizanlage 30 umfasst diese einen weiteren Wärmetauscher, der die Heizanlage mit einer weiteren Heizanlage zur Beheizung der Halle, in der die Fertigungsanlage 100 steht, verbindet. Soweit also die Heizplatten 60, 60' abgekühlt werden sollen, kann das aufgeheizte Öl dazu verwendet werden, um die weitere Heizanlage mit Wärmeenergie zu versorgen. Somit ist es möglich, die durch die Heizanlage 30 aufgebrachte Energie in einem Abkühlungsprozess zumindest teilweise wieder rückzugewinnen und zur Gebäudebeheizung zu verwenden.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Fertigungsanlage 100 lässt sich der 6 entnehmen. Hier sind die wechselseitig zu dem Pressbären 40 angeordneten geraden Führungsschiene 41, 41' in einem Wendebereich über eine gekrümmte Führungsschiene 41" miteinander verbunden. Die Roboter 40, 40' können also von der ersten Führungsschiene 41 auf die zweite Führungsschiene 41' hinüberfahren und entlang der gesamten Länge der Fertigungsstraße 120 tätig werden. Ebenso ist ein Wechsel von der zweiten Führungsschiene 41' zur ersten Führungsschiene 41 möglich.
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Erfindungsgemäß können weitere Wendebereiche und somit Verbindungen zwischen den Führungsschienen 41, 41' vorgesehen werden. Erfindungsgemäß kann auch ein Wendebereich vorgesehen werden, der es ermöglicht, zwischen Führungsschienen 41, 41' zu wechseln, die zueinander senkrecht verlaufen. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße hydraulische Presse 10 Führungsschienen 41, 41' aufweist, die rechtwinklig in die hydraulische Presse 10 hineinlaufen.
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Erfindungsgemäß können die beschriebenen Pressen, Fertigungsanlagen, Roboter und/oder Verfahren auch zur Herstellung von anderen (nicht faserverstärkten) Werkstoffen verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Konzepte können auch bei Pressen, Fertigungsanlagen und/oder Verfahren angewandt werden, bei denen keine Heizplatten 60, 60' bzw. kein Heizschritt beispielsweise für das Aushärten des Werkstoffes vorgesehen sind.
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In der Beschreibung wurde der Begriff der Querbohrung verwendet. Eine Querbohrung muss nicht notwendigerweise, wie beschrieben, quer zur Längsrichtung der Heizplatten 60, 60' verlaufen. Vielmehr könnten die Querbohrungen auch rechtwinklig zu den gezeigten Querbohrungen (in Längsrichtung) oder in einer Diagonale verlaufen.
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Wie bereits erläutert, kann die erfindungsgemäße Presse 10, insbesondere der entsprechende Pressbär 14 und die Heizplatten 60, 60' eine deutlich andere Ausgestaltung haben, als diese vorab diskutiert wurde. Dementsprechend müssten sich die Querbohrungen nicht zwangsläufig parallel zu geraden Randbereich, beispielsweise dem oberen, unteren oder linken Randbereich 67a, 67b, 67c, erstrecken. Erfindungsgemäß können die Querbohrungen auch einen gekrümmten Verlauf haben.
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Bezugszeichenliste
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- B
- Bewegungsbahn
- E, E' C-
- Träger-Ebenen
- C
- Innenabschnitt
- h
- Vertikalabschnittshöhe
- d
- Abstand
- 10
- Hydraulische Presse
- 11
- Oberes Gestell
- 12
- Unteres Gestell
- 13a, 13b, 13c, 13d
- Säule
- 14
- Pressbär
- 15
- Durchfahrtsöffnung
- 16
- Basisabschnitt
- 16'
- Vertikalabschnitt
- 16"
- Horizontalabschnitt
- 20
- Kompressor
- 21a, 21b, 21c, 21d
- Hydraulikkolben
- 30
- Heizanlage
- 31
- Zulauf
- 31a, 31b
- Zulaufteilabschnitt
- 32
- Ablauf
- 32a, 32b
- Ablaufteilabschnitt
- 40, 40'
- Roboter
- 41, 41'
- Führungsschiene
- 41"
- Gekrümmte Führungsschiene
- 43
- Roboterarm
- 50
- Förderband
- 51
- Abnehmbereich
- 60
- Obere Heizplatte
- 60'
- Untere Heizplatte
- 61, 61', 61"
- Seitenadapter
- 63, 63', 63"
- Querbohrung
- 65
- Fluidkreislauf
- 67a
- Oberer Randbereich
- 67b
- Unterer Randbereich
- 67c
- Linker Randbereich
- 70
- Schneidtisch
- 71
- Schneideinrichtung
- 100
- Fertigungsanlage
- 110
- Kühlkammer
- 120
- Fertigungsstraße
- 140, 140'
- Regal
- 150, 150'
- Ablagetisch
- 160
- Vor-Konfigurationsplatz
