DE102014105712B4 - Faserlegevorrichtung - Google Patents

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    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns

Abstract

Faserlegevorrichtung (1) zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug (17) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer axial segmentierten Anpressrolle (3), die eine nichtdrehende Achse (5) aufweist und eine Mehrzahl von Rollensegmenten (4) hat, die jeweils einen gegenüber der Achse (5) nichtdrehenden Segmentkern (6) und einen an dem Segmentkern (6) gegenüber der Achse (5) drehbar gelagerten Segmentmantel (7) aufweisen, der zum Kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet ist, und mit einer Aktuatorvorrichtung, die zum Erzeugen einer radialen Hubbewegung (r1, r2) der segmentierten Anpressrolle (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung eine Mehrzahl von Aktuatoren (10) aufweist, die zum Ausführen einer Hubbewegung (r1, r2) ausgebildet sind, wobei jeder Aktuator (10) mit genau einem Segmentkern (6) eines Rollensegmentes (4) mechanisch so in Wirkverbindung steht, dass bei Ausführung einer Hubbewegung (r1, r2) durch den Aktuator (10) eine radiale Hubbewegung (r1, r2) des jeweiligen Segmentkernes (6), mit dem der Aktuator (10) in Wirkverbindung steht, unabhängig und getrennt von den jeweils anderen Segmentkernen (6) erzeugt wird, wobei die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden sind, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von während des Legens des Fasermaterials detektierten Prozessparametern die Aktuatoren getrennt von einander zum Erzeugen der radialen Hubbewegung des jeweiligen Segmentkernes anzusteuern.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mittels einer Anpressrolle.
  • Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen bei einem relativ geringen Gewicht eine hohe Festigkeit und Steifigkeit in zumindest einer Richtung aufzuweisen, sind Faserverbundwerkstoffe aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich werden Faserverbundwerkstoffe vermehrt eingesetzt, um bei gleichbleibender Stabilität das Gewicht der Fahrzeuge zu reduzieren, was meist proportional mit der Einsparung von Treibstoff einhergeht.
  • Diesen vorteilhaften Eigenschaften steht nachteilig die Tatsache gegenüber, dass die Herstellung von Faserverbundbauteilen sehr kostenintensiv ist, da sich die Herstellungsprozesse zum Teil nicht automatisieren lassen oder bei automatisierten Prozessen vermehrt der Blick auf die Qualitätssicherung gelegt werden muss, um fehlerhafte Bauteile aufgrund der Prozessungenauigkeiten auffinden zu können. Denn bereits kleinste Abweichungen von den Prozessparametern können zu Fehlstellen innerhalb des Bauteils führen, welche die Festigkeit und Steifigkeit erheblich beeinträchtigen können.
  • Für die Fertigung von Großbauteilen in der Fiber Placement bzw. Tape Laying Technologie ist aus der DE 10 2010 015 027 A1 eine Faserlegeanlage bekannt, bei der die Prozessschritte des Legens der Fasern auf dem Werkzeug größtenteils automatisiert werden können. Hierbei werden Roboter auf einem um das Werkzeug umlaufenden Schienensystem geführt, wobei die Roboter entsprechende Faserlegeköpfe als Endeffektoren aufweisen, bei denen das Fasermaterial auf dem Werkzeug abgedeckt werden kann. Das Fasermaterial wird dann dem Faserlegekopf mittels einer Zuführeinrichtung zugeführt, wobei das Fasermaterial meist über eine an dem Faserlegekopf angeordneten Anpressrolle läuft, die Fasern auf das Werkzeug ablegt und gleichzeitig mit einer vorgegebenen Soll-Anpresskraft kompaktiert.
  • Das Fasermaterial wird meist in mehreren Bahnen nebeneinander abgelegt und ergibt in der gesamten Fläche eine Laminatschicht (Ply). Mehrere Laminatschichten zum Teil unterschiedlicher geometrischer Form und Faserorientierung ergeben dann das Faserverbundbauteil.
  • Bei der automatisierten Faserablage ist neben einem konstanten und ausreichenden Wärmeeintrag am Anpresspunkt ebenfalls eine ausreichende Kompaktierungskraft beispielsweise senkrecht zur Ablegeoberfläche sicherzustellen, um die gewünschte Ablegequalität und somit die Bauteilqualität zu gewährleisten.
  • Aus der EP 2 454 081 B1 ist beispielsweise eine Maschine zum Auftragen von Fasern mit einer flexiblen Kompaktierungswalze mit einem Wärmeregelungssystem bekannt, bei dem die Anpressrolle einen Mantel aus Silikonmaterial aufweist, wobei mit Hilfe von röhrenförmigen Durchbrüchen in der Anpressrolle bzw. Kompaktierungswalze ein entsprechender Wärmeeintrag in die abzulegenden Fasern realisiert werden kann. Die Silikonanpressrolle ermöglicht dabei ein relativ gleichmäßiges Kompaktieren des Fasermaterials auf dem Formwerkzeug, solange die Oberfläche möglichst eben ist oder in Ablegerichtung gekrümmt. Bei quer zur Verfahr- und Ablegebewegung auftretenden Krümmungen nehmen die Anpresskräfte bei konvexen Krümmungen aufgrund einer unterschiedlichen Stauchung des Silikons über die Rollenbreite zu und bei konkaven Krümmungen ab. Da die Steuerung der gesamten Anpresskraft über einen gemeinsamen Hub der gesamten Anpresseinheit realisiert wird, entstehen so unterschiedliche Anpresskräfte über die gesamte Rollenbreite hinweg, was wiederum die Ablegequalität negativ beeinflussen bzw. zu Fasermaterialschäden oder Bauteilschäden führen kann.
  • Ein weiteres Problem bei einer derartigen Anpresskraft-Regelung ist die Tatsache, dass durch den zentralen Hub der gesamten Anpresseinheit das Gewicht des gesamten Faserablegekopfes deutlich erhöht wird, was die Ungenauigkeit des gesamten Ablegeprozesses, insbesondere bei Positionier- und Verfahraufgaben der Ablegeeinheit erhöhen, dadurch die erhöhte Masse in bewegenden Systemen die Nachgiebigkeit der gesamten Bewegungseinheit erhöht wird.
  • Aus der US 2008/0000576 A1 ist eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der die einzelnen Segmente hubbeweglich ausgeführt und gemeinsam mit Druckluft beaufschlagt werden können, um so beispielsweise eine gleichmäßige Anpresskraftverteilung zu erreichen.
  • Aus der DE 695 00 513 T2 ist ebenfalls eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der mehrere Segmente mit einer gemeinsamen Druckkammer verbunden sind, um so eine Anpresskraft für alle Segmente einstellen zu können.
  • Aus der DE 10 2009 014 488 A1 ist des Weiteren eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der einzelne Segmente der Anpressrolle hubbeweglich ausgeführt sind, wobei mithilfe einer Feder eine entsprechende Anpresskraft in eine bestimmte Richtung vorgegeben werden kann.
  • Aus der US 2014/0083620 A1 ist eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der einzelne Segmente radial umlaufend und abstehend angeordnete Federelemente aufweisen, die eine entsprechende vorgegebene Anpresskraft bewirken können.
  • Aus der DE 10 2010 013 711 A1 ist eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der von außen über entsprechende Andruckrollen einzelne Segmente mit einer Kraft beaufschlagt werden können.
  • Schließlich ist aus der US 2007/0044922 A1 eine segmentierte Anpressrolle bekannt, bei der die einzelnen Segmente ebenfalls über eine gemeinsame Hydraulikleitung beziehungsweise Pneumatikleitung zum Beaufschlagen einer Kraft verbunden sind.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial auf einem Werkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit der auch bei mehrfach gekrümmten Werkzeugoberflächen eine möglichst gleichmäßige und homogen verteilte Anpresskraft aber auch eine auf den Bauteilwerkstoff einzeln oder vollständig angepasste Anpresskraft realisiert werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
  • Demgemäß wird eine Faserlegevorrichtung zum Legen von Fasermaterial vorgeschlagen, die eine axial segmentierte Anpressrolle hat, die eine nicht drehende Achse aufweist und eine Mehrzahl von Rollensegmenten hat, die jeweils einen gegenüber der Achse nicht drehenden Segmentkern und einen an dem Segmentkern gegenüber der Achse drehbar gelagerte Segmentmantel aufweist. Der Segmentmantel ist dabei zum kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet, wobei die Achse der Anpressrolle nicht drehend ist, d. h. feststehend. Demnach sind an der nicht drehenden Achse mehrere Rollensegmente angeordnet, bei denen jeweils ein Teil, der Segmentkern, nicht drehend ist und der andere Teil, der den Segmentmantel bildet, drehend gelagert ist, wobei in der zusammengesetzten Form die einzelnen Rollensegmente die Anpressrolle bilden. Der Segmentmantel weist dabei eine Oberfläche auf, die zum Kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet ist, so dass das abzulegende Fasermaterial über die Oberfläche des Segmentmantels geführt abrollen kann.
  • Des Weiteren ist eine Aktuatorvorrichtung vorgesehen, die zum Erzeugen einer radialen Bewegung der segmentierten Anpressrolle vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist die Aktuatorvorrichtung eine Mehrzahl von Aktuatoren auf, die zum Ausführen einer Druckbewegung ausgebildet sind, wobei jeder Aktuator mit genau einem Segmentkern eines Rollensegmentes mechanisch so in Verbindung steht, dass bei Ausführung einer Hubbewegung durch den Aktuator eine radiale Hubbewegung des jeweiligen Segmentkerns mit dem der Aktuator in Verbindung steht, unabhängig getrennt von den jeweils anderen Segmentkernen erzeugt wird. Durch die radiale Hubbewegung kann eine Kraft auf das abgelegte oder abzulegende Fasermaterial bewirkt werden.
  • Hierdurch wird es möglich, jedes einzelne Rollensegment der segmentierten Anpressrolle zum Erzeugen einer Hubbewegung einzeln anzusteuern, so dass gezielt die Anpresskraft durch das Erzeugen der Hubbewegung eingestellt werden kann. Während des Legens der Fasern mittels der segmentieren Anpressrolle wirkt somit aufgrund der erzeugten Hubbewegung der einzelnen Segmentkerne eine Kraft auf die jeweiligen Segmentkerne in die wenigstens eine radiale Hubbewegungsrichtung, so dass hierdurch die Möglichkeit eröffnet wird, die Anpresskraft über die gesamte Anpressrollenbreite gezielt zu verändern und an die lokalen Bedingungen anzupassen.
  • Hierdurch wird es möglich, insbesondere bei quer zur Verfahrrichtung gekrümmten Oberflächen des Werkzeuges die Anpresskraft der einzelnen Rollensegmente so einzustellen, dass über die gesamte Anpressrollenbreite eine gleichmäßige und homogene Kraftverteilung erreicht wird. Hierdurch können Prozessunsicherheiten reduziert werden.
  • Darüber hinaus kann durch die Art der konstruktiven Lösung der Verschleiß gegenüber den bekannten Systemen insbesondere durch die homogene Anpresskraft der Verschleiß an jedem Rollenelement reduziert werden.
  • Die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung sind zwischen der nicht drehenden Achse und den jeweiligen Segmentkernen angeordnet, so dass die Segmentkerne entsprechend die gewünschte Bewegung ausführen können.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von während des Legens des Fasermaterials detektierten Prozessparametern die Aktuatoren getrennt voneinander zum Erzeugen der radialen Hubbewegung des jeweiligen Segmentkerns anzusteuern. So ist es beispielsweise denkbar, dass die Oberflächengeometrie mit Hilfe geeigneter Sensoren, beispielsweise bildgebenden Sensoren oder Lichtschnittsensoren, erfasst wird, wobei durch eine entsprechende Ansteuerung der Aktuatoren dann gezielt auf die Oberflächengeometrie Rücksicht genommen werden kann, so dass eine gleichmäßige Anpresskraft verteilt und über die gesamte Rollenbreite hinweg erreicht wird. Denkbar ist auch, dass entsprechende Kraftsensoren vorgesehen sind, welche die Anpresskraft für die gesamte Anpressrolle oder für die des Rollensegments getrennt einzeln erfasst, wobei dann die Aktuatoren zum Einstellen einer entsprechenden Anpresskraft für jedes Rollensegment entsprechend durch die Steuereinheit angesteuert werden.
  • Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Steuereinheit mit einer Druckquelle verbunden ist, um so die Aktuatoren mit einem entsprechenden Fluiddruck im Druckbereich beaufschlagen zu können. Dabei kann die Steuereinheit die Druckquelle so ansteuern, dass die einzelnen Aktuatoren mit einem unterschiedlichen Fluiddruck beaufschlagt werden, wodurch jeweils getrennt zueinander unterschiedliche Anpresskräfte beim Legen der Fasern wirken.
  • Ein Aktuator im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Einheit, mit der eine Hubbewegung in zumindest eine Richtung erzeugt werden kann, insbesondere eine lineare Hubbewegung. Ein derartiger Aktuator kann beispielsweise ein Stellglied sein, das ähnlich einem Linearantrieb eine Längenänderung eine Elementes bewirkt.
  • Erfindungsgemäß ist dabei jeder Aktuator einem Rollensegment und dessen Segmentkern zugeordnet und steht mit diesem in Wirkverbindung, wobei nicht ausgeschlossen ist, dass zu einem Segmentkern auch mehrere Aktuatoren vorgesehen sind. Durch diese Anordnung lassen sich die einzelnen Rollensegmente gezielt einzeln und getrennt voneinander ansteuern, so dass jedes Rollensegment eine von den anderen Rollensegmenten getrennte und unabhängige Hubbewegung durchführen kann.
  • Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung eine kompakte Bauform des Endeffektors mit relativ geringen zusätzlichen Massen. Hierdurch kann die Genauigkeit bei den Positionier- und Verfahraufgaben des Endeffektors durch Reduzierung der Nachgiebigkeit des Gesamtsystems erhöht werden. Dabei haben die Erfinder erkannt, dass mittels der Aktuatoren die Hubbewegung der Rollensegmente ausreicht, um die benötigte Kompaktierungskraft zu erzeugen, die die notwendige Bauteilqualität sicherstellt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Segmentkerne eine Öffnung zur Durchführung der nicht drehenden Achse auf, wobei die nicht drehende Achse zwei gegenüberliegende, parallele Seitenflächen hat, an denen die Segmentkerne in der Öffnung zum radialen Bewegen gelagert sind. Die Segmentkerne sind somit in der Art einer Parallelführung in zumindest zwei Bewegungsrichtungen gelagert, die entgegengesetzt zueinander radial ausgerichtet sind. Die erzeugte Hubbewegung wirkt dabei in zumindest einer dieser Bewegungsrichtungen, wobei in die Richtung der Hubbewegung auch die Kraft zur Kompaktierung der Fasern wirkt. Die Segmentkerne können somit an den zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen der nicht drehenden Achse in Form einer formschlüssigen Gleitlagerung zur Ausführung der Hubbewegung gelagert sein.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die durchgehende Achse einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und die zur Durchführung der nicht drehenden Achse vorgesehenen Öffnungen der Segmentkerne einen hierzu korrespondierenden Querschnitt haben, wobei der Querschnitt der Öffnungen der Segmentkerne in einer Ausdehnungsrichtung, die der Richtung der Hubbewegung in zumindest eine radiale Richtung entspricht, größer ist als der Querschnitt der nicht drehenden Achse in dieser Ausdehnungsrichtung. Hierdurch wird mit den zwei gegenüberliegenden parallelen Seitenflächen zum einen eine Arretierung und gleichzeitig eine Lagerung für die Hubbewegung ermöglicht, während durch die Vergrößerung des Querschnitts der Öffnung in die Ausdehnungsrichtung der Hubbewegung Raum für einen entsprechenden Bewegungshub verbleibt.
  • Durch die rechteckige Form wird eine insbesondere einfache und mechanisch sehr stabile Realisierung der Anpressrolle ermöglicht.
  • Vorteilhafterweise stehen die Segmentkerne mit der nicht drehenden Achse mechanisch derart in Eingriff, dass die Segmentkerne drehfest und feststehend an der durchgehenden Achse arretiert sind, gleichzeitig jedoch eine Hubbewegung ausführen können.
  • Vorteilhafterweise sind die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung derart angeordnet, dass die Hubbewegung in Richtung eines zum Legen von Fasermaterial vorgesehenen Werkzeuges erzeugt wird, so dass diese Richtung die einzelnen Rollensegmente eine Kraft beim Legen des Fasermaterials auf das Werkzeug aufbringen können. Hierdurch kann gezielt die Kompaktierungskraft über die gesamte Rollenbreite hinweg für jedes Rollensegment separat eingestellt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist jeder der Aktuatoren ein Druckstempelgehäuse auf, mit dem jeweils ein bewegbar gelagerter Druckstempel zum Ausführen der Hubbewegung vorgesehen ist. Der bewegbar gelagerte Druckstempel ist zur Erschaffung eines Druckbereiches gegenüber dem Druckstempelgehäuse abgedichtet, so dass durch Anlegen eines Druckes in dem Druckbereich der Druckstempel zum Ausführen der Hubbewegung bewegt werden kann. Hierfür hat das Druckstempelgehäuse zumindest einen im Druckbereich vorgesehenen Druckanschluss, über den der Druckbereich zum Bewegen des Druckstempels und einem Fluid druckbeaufschlagbar ist.
  • Hierdurch wird eine sehr gewichtsparende Aktuatorik erreicht, mit der die einzelnen Rollensegmente separat angesteuert werden können. Außerdem kann hierbei die benötigte Kompaktierungskraft entsprechend sicher eingestellt werden. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die Druckstempelgehäuse mit einer einzigen Druckquelle verbunden sind, so dass gezielt über die gesamte Rollenbreite hinweg zunächst ein gleichmäßiger Kompaktierungsdruck eingestellt werden kann, wobei Krümmungen und Unebenheiten über die gesamte Rollenbreite hinweg ausgeglichen werden können.
  • Vorteilhafterweise ist in dem Druckstempelgehäuse ein Federelement vorgesehen, das mit dem Druckstempel zum Zurückstellen des Druckstempels entgegen der druckbedingten Hubbewegung zusammenwirkt. Das Zurückstellen des Druckstempels kann allerdings auch durch den vorherrschenden Anpressdruck realisiert werden.
  • Gegebenenfalls ist es auch denkbar, dass ein Zurückstellen mittels Pneumatik oder Hydraulik realisiert wird, beispielsweise derart, dass in einen zweiten Druckbereich, der den ersten Druckbereich zum Ausführen der Hubbewegung gegenüberliegt, ein Fluiddruck einstellbar ist, um den Druckstempel zurückzustellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Druckstempelgehäuse der Aktuatoren an jeweils einer Seite mit einem benachbarten Druckstempelgehäuse miteinander verbunden und bilden so zusammen zumindest einen Teil der nicht drehenden Achse. Vorteilhafterweise können die Druckstempelgehäuse auch so ausgebildet und miteinander verbunden sein, dass sie die nicht drehende Achse vollständig bilden. An den beiden Enden kann dann an diese Druckstempelgehäuse ein entsprechender Flansch angeordnet sein, mit dem die Anpressrolle an den Endeffektor angeordnet ist.
  • Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 – Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Faserlegevorrichtung;
  • 2 – Schematische Querschnittdarstellung der Anpressrolle mit einem Aktuator;
  • 3 – Schematische Längsschnittdarstellung durch die gesamte Anpressrolle;
  • 4 – Schematische Darstellung eines Aktuators mit Druckstempeln.
  • 1 zeigt schematisch eine Faserlegevorrichtung 1, die eine Faserlegeeinheit 2 und eine darin angeordnete Anpressrolle 3 hat, die in Richtung eines Werkzeuges 14, auf den das Fasermaterial abgelegt werden soll, ausgerichtet ist.
  • Die Anpressrolle 3 ist in axialer Richtung segmentiert und weist eine Mehrzahl von Rollensegmenten 4 auf, die an einer gemeinsamen durchgehenden Achse 5 angeordnet sind. An den beiden äußeren Enden der Achse 5 ist die Anpressrolle 3 starr mit der Faserlegeeinheit 2 verbunden.
  • 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eines der Rollensegmente 4. Ein solches Rollensegment 4 weist einen inneren Segmentkern 6 auf, an dessen äußerem Umfang der Segmentmantel 7 drehbar gegenüber dem Segmentkern 6 angeordnet und gelagert ist.
  • Im Ausführungsbeispiel der 2 ist in etwa mittig des Segmentkernes 6 eine Öffnung 8 vorgesehen, durch die die nicht drehende Achse 5 geführt ist. Die Achse 5 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei zwei gegenüberliegende Seitenflächen 9 der Achse 5 parallel ausgebildet sind und mit der Öffnung 8 des Segmentkernes 6 mechanisch so in Eingriff stehen, dass die Seitenflächen 9 zum einen den Segmentkern gegen das Drehen arretieren und zum anderen eine Hubbewegung in eine radiale Richtung R1, R2 ermöglichen. Hierfür ist die Öffnung 8 des Segmentkernes in Ausdehnungsrichtung der radialen Hubbewegungsrichtung R1 und R2 größer als der Querschnitt der Achse 5, so dass die Hubbewegung ermöglicht wird.
  • Des Weiteren sind auf der Achse 5 eine Mehrzahl von Aktuatoren 10 angeordnet, von denen im Ausführungsbeispiel der 2 aufgrund der Querschnittdarstellung des Rollensegmentes 4 nur ein Aktuator 10 dargestellt ist. Der Aktuator 10 ist dabei so ausgebildet, dass er eine Bewegung in Richtung der radialen Hubbewegung R1 und R2 ausführen kann, wodurch der gesamte Segmentkern 6 und damit korrespondierend auch das gesamte Rollensegment 4 eine derartige Hubbewegung R1 und R2 ausführt.
  • Durch das Ausführen der Hubbewegung wird es möglich, beim Legen der Fasern eine entsprechende Anpresskraft einzustellen, wodurch die Fasern auf das Werkzeug angepresst und kompaktiert werden. Der Aktuator 10 ist dabei dem jeweiligen Rollensegment zugeordnet, so dass jedes Rollensegment seinen eigenen Aktuator zum Erzeugen der Hubbewegung und der notwendigen Anpresskraft hat.
  • Führt der Aktuator 10 nun eine Bewegung in Richtung R1 aus, so führt auch das Rollensegment 4 eine entsprechende radiale Hubbewegung in Richtung R1 aus, so dass in diese Richtung eine Kraft beim Legen der Fasern wirkt.
  • 3 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch die Anpressrolle 3. An oder in der Achse 5 sind dabei Aktuatoren 10 angeordnet, wobei jeder Aktuator 10 einem nicht dargestellten Rollensegment 4 zugeordnet ist. Die Aktuatoren 10 sind dabei so ausgebildet, dass die Hubbewegung und die damit einhergehende Anpresskraft mittels eines Druckstempels 11 erzeugt wird. Der Druckstempel 11 ist dabei so in einem Gehäuse bewegbar angeordnet, dass durch Druckbeaufschlagung des Gehäuses der Druckstempel in wenigstens eine Bewegungsrichtung bewegt werden kann.
  • 4 zeigt schematisch einen solchen Aktuator 10 mit einem Druckstempel 11. Der Aktuator 10 weist dabei ein Druckstempelgehäuse 12 auf, in dem der Druckstempel 11 zum Ausführen einer Hubbewegung bewegbar gelagert ist. Der Druckstempel 11 ist dabei an einem Ende kolbenförmig ausgebildet und in diesem Bereich mittels Dichtelementen 13 gegenüber der Innenseite des Druckstempelgehäuses abgedichtet, so dass ein Druckbereich 14 in dem Druckstempelgehäuse geschaffen wird.
  • Das Druckstempelgehäuse 12 weist einen Druckanschluss 15 auf, der mit dem Druckbereich 14 kommunizierend in Verbindung steht, so dass über den Druckanschluss 15 der Druckbereich 14 mit einem Fluiddruck beaufschlagbar ist. Wird der Druck im Druckbereich 14 erhöht, so fährt der Druckstempel 11 aus dem Druckstempelgehäuse 12 heraus. Hierdurch kann dann die gewünschte radiale Bewegung realisiert werden.
  • Das Zurückstellen des Druckstempels 11, d. h. das Einfahren des Druckstempels 11 in das Druckstempelgehäuse 12, kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein gegenüber der Atmosphäre geringerer Druck im Druckbereich 14 eingestellt wird, wodurch sich der Druckstempel 11 in das Druckstempelgehäuse 12 zurückzieht. Denkbar ist aber auch, dass, wie in 4 gezeigt, Federelemente 16 vorgesehen sind, die ein Zurückstellen des Druckstempels 11 in das Druckstempelgehäuse 12 bewirken.
  • Durch individuelles Einstellen eines entsprechenden Druckes im Druckbereich 14 lässt sich somit für jeden Aktuator 10 eine Hubbewegung erzeugen, die im Zusammenhang mit dem Ablegen des Fasermaterials zu einer Kraftwirkung individuell angepasst für das jeweilige Rollensegment führt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Faserlegevorrichtung
    2
    Faserlegeeinheit
    3
    Anpressrolle
    4
    Rollensegment
    5
    nicht drehende Achse
    6
    Segmentkern
    7
    Segmentmantel
    8
    Öffnung des Segmentkerns
    9
    parallele Seitenflächen für die Lagerung
    10
    Aktuator
    11
    Druckstempel
    12
    Druckstempelgehäuse
    13
    Dichtelemente
    14
    Druckbereich
    15
    Druckanschluss
    16
    Federelemente

Claims (9)

  1. Faserlegevorrichtung (1) zum Legen von Fasermaterial auf ein Werkzeug (17) zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einer axial segmentierten Anpressrolle (3), die eine nichtdrehende Achse (5) aufweist und eine Mehrzahl von Rollensegmenten (4) hat, die jeweils einen gegenüber der Achse (5) nichtdrehenden Segmentkern (6) und einen an dem Segmentkern (6) gegenüber der Achse (5) drehbar gelagerten Segmentmantel (7) aufweisen, der zum Kontaktieren mit dem abzulegenden Fasermaterial ausgebildet ist, und mit einer Aktuatorvorrichtung, die zum Erzeugen einer radialen Hubbewegung (r1, r2) der segmentierten Anpressrolle (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatorvorrichtung eine Mehrzahl von Aktuatoren (10) aufweist, die zum Ausführen einer Hubbewegung (r1, r2) ausgebildet sind, wobei jeder Aktuator (10) mit genau einem Segmentkern (6) eines Rollensegmentes (4) mechanisch so in Wirkverbindung steht, dass bei Ausführung einer Hubbewegung (r1, r2) durch den Aktuator (10) eine radiale Hubbewegung (r1, r2) des jeweiligen Segmentkernes (6), mit dem der Aktuator (10) in Wirkverbindung steht, unabhängig und getrennt von den jeweils anderen Segmentkernen (6) erzeugt wird, wobei die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung mit einer Steuereinheit verbunden sind, die eingerichtet ist, in Abhängigkeit von während des Legens des Fasermaterials detektierten Prozessparametern die Aktuatoren getrennt von einander zum Erzeugen der radialen Hubbewegung des jeweiligen Segmentkernes anzusteuern.
  2. Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentkerne (6) eine Öffnung (8) zur Durchführung der nichtdrehenden Achse (5) haben und die nichtdrehende Achse (5) zwei gegenüberliegende, parallele Seitenflächen (9) aufweist, an denen die Segmentkerne (6) in der Öffnung (8) zum radialen Bewegen gelagert sind.
  3. Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtdrehende Achse (5) einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist und die zur Durchführung der nichtdrehenden Achse (5) vorgesehenen Öffnungen (8) der Segmentkerne (6) einen hierzu korrespondierenden Querschnitt haben, der in einer Ausdehnungsrichtung zum Erzeugen der Hubbewegung größer ist als der Querschnitt der nichtdrehenden Achse in dieser Ausdehnungsrichtung.
  4. Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentkerne (6) mit der nichtdrehenden Achse (5) mechanisch derart in Eingriff stehen, dass die Segmentkerne (6) drehfest an der durchgehenden Achse (5) arretiert sind.
  5. Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Aktuatorvorrichtung derart angeordnet sind, dass die Hubbewegung in Richtung eines zum Legen von Fasermaterial vorgesehenen Werkzeuges (17) erzeugt wird.
  6. Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Aktuator (10) einen in einem Druckstempelgehäuse (12) bewegbar gelagerten Druckstempel (11) zum Ausführen der Hubbewegung aufweist, der zur Schaffung eines Druckbereiches (14) gegenüber dem Druckstempelgehäuse (12) abgedichtet ist, wobei das Druckstempelgehäuse (12) einen im Druckbereich (14) vorgesehenen Druckanschluss (15) hat, über den der Druckbereich (14) zum Bewegen den Druckstempels (11) mit einem Fluid druckbaufschlagbar ist.
  7. Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Druckstempelgehäuse (12) ein Federelement (16) vorgesehen ist, das mit dem Druckstempel (11) zum Zurückstellen des Druckstempels entgegen der druckbedingten Hubbewegung zusammenwirkt.
  8. Faserlegevorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckstempelgehäuse (12) der Aktuatoren (10) an jeweils einer Seite mit einem benachbarten Druckstempelgehäuse miteinander verbunden sind und so zusammen zumindest einen Teil der nichtdrehenden Achse bilden.
  9. Faserlegevorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren der Aktuatorvorrichtung zwischen der nichtdrehenden Achse und den jeweiligen Segmentkernen angeordnet sind.
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