DE102014110464A1

DE102014110464A1 - Greifvorrichtung

Info

Publication number: DE102014110464A1
Application number: DE102014110464.1A
Authority: DE
Inventors: Yannis Grohmann; Fabian Zacharias
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-25
Also published as: FR3024066B1; DE102014110464B4; FR3024066A1; US20160029437A1; US10264628B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen und Halten von elektrisch leitfähigem, textilen Materialien mit einer Greifeinrichtung, die eine Greiffläche zum Greifen und Halten des textilen Materials hat. Mit Hilfe einer elektrischen Kontakteinrichtung können Elektroden mit dem textilen Material kontaktiert werden, um einen Stromfluss in dem textilen Material zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung zum Greifen und Halten von elektrisch leitfähigen, textilen Materialien. Die Erfindung betrifft ebenso eine Legevorrichtung zum Legen von textilen Materialien hierzu sowie ein Verfahren zur Herstellung einer textilen Preform aus elektrisch leitfähigen, textilen Materiallagen.
Insbesondere bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen, die in der Regel aus einem Fasermaterial, das in ein thermisch ausgehärtetes Matrixmaterial eingebettet ist, hergestellt werden, werden nicht selten die Faserhalbzeuge (trocken oder vorimprägniert) in ein Formwerkzeug eingebracht, das zumindest teilweise die spätere Bauteilgeometrie aufweist. Die hierbei entstehende Faserhalbzeug-Preform (auch Faservorformling genannt) weist dann meist eine endkonturnahe Bauteilgeometrie auf, so dass durch Aushärten des Matrixmaterials (beispielsweise thermoplastische oder duroplastische Matrixsysteme) das Faserverbundbauteil hergestellt werden kann.
Bei der Herstellung solcher Faserhalbzeug-Preformen werden oft mehrere Faserhalbzeuglagen in das Formwerkzeug übereinandergelegt, um so die notwendige Bauteildicke bereits in der Preform zu erreichen. Dabei besteht ein Bedürfnis nach einer möglichst weitgehenden Automation dieses Prozessschrittes des Herstellens der Faserhalbzeug-Preform, um möglichst schnell und prozesssicher eine solche Preform im industriellen Kontext herstellen zu können.
Faserhalbzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung können beispielsweise UD-Faserbänder, Gewebe, Gelege, trockene bebinderte Kohlenstofffasern sowie Prepregs (duro- als auch thermoplastische Prepregs) sein oder andere elektrisch leitfähige Fasern oder Fasern mit elektrisch leitfähigen Zusatzstoffen (z.B. Glasfaserprepregs mit Nanozusätzen).
Aus der DE 10 2012 019 915 A1 ist ein Verfahren zum Bereitstellen eines Faservorformlings zur Herstellung eines Faserverbundbauteils sowie eine Transporteinrichtung für einen Fasermaterialzuschnitt bekannt, bei dem das zu transportierende Fasermaterial in eine Transporteinrichtung eingeklemmt wird und während des Transportes hin zu einem Formwerkzeug bestromt wird, um es so bereits während des Transportes zu temperieren. Hierdurch soll insbesondere die Drapierbarkeit des zu transportierenden Fasermaterialzuschnitts verbessert werden.
Aus der DE 103 53 070 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bindeaktivierung an Faserhalbzeugen bekannt, bei dem an dem Faserhalbzeug beziehungsweise der Preform elektrische Kontakte angeordnet werden, so dass ein Stromfluss in der Preform bewirkt wird, der zu einer Temperierung der Preform und somit zu einer Bindeaktivierung führt.
Aus der WO 2014/033021 A2 ist eine Greifvorrichtung bekannt, die eine Elektroadhäsions-Greifeinrichtung aufweist, mit der zu transportierende Faserhalbzeuge mittels einer Adhäsionskraft aufgenommen und transportiert werden können. Die Greiffläche der Elektroadhäsions-Greifeinrichtung ist dabei zumindest teilweise verformbar ausgebildet, so dass sie sich den entsprechenden Endkonturen der zu transportierenden Materialien anpassen kann.
Bei den auf dem Adhäsionsprinzip beruhenden Greifern besteht jedoch der Nachteil, dass das Ablösen der meist biegeschlaffen, textilen Materialien oft eine gewisse Zeit in Anspruch nimmt, so dass hier nur sehr geringe Legegeschwindigkeiten gefahren werden können. Darüber hinaus kann bei einer Vielzahl von übereinander abzulegender Faserhalbzeuglagen die korrekte Anordnung der einzelnen Lagen innerhalb der Preform prozesssicher nicht mehr gewährleistet werden, da es während des Ablegevorgangs beziehungsweise Ablösevorgangs von der Greiffläche zu Materialverschiebungen kommen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Greifvorrichtung anzugeben, mit der insbesondere Faserhalbzeuge prozesssicher gegriffen transportiert und schnell abgelegt werden können. Es ist ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung textiler Preformen anzugeben, mit dem sich prozesssicher und schnell eine textile Preform durch übereinander Ablegen von textilen Materiallagen herstellen lässt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit der Greifvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie der damit korrespondierenden Legevorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit den Verfahren gemäß Anspruch 13 erfindungsgemäß gelöst.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Greifvorrichtung vorgeschlagen, die eine Greifeinrichtung mit einer Greiffläche zum Greifen und Halten von textilen Material beziehungsweise Materiallagen aufweist. Die Greiffläche der Greifeinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie das textile Material an ausschließlich einer Seite des textilen Materials greift und dort halten kann, ohne dass es hierfür ein klemmendes Gegenstück, welches an der gegenüberliegenden Seite des textilen Materials anliegen muss, bedarf. Vielmehr ist die Greifeinrichtung mit der Greiffläche als Flächengreifer so ausgebildet, dass die Greiffläche das textile Material einseitig greift, so dass lediglich das textile Material mit seiner der Greiffläche zugewandten Seite an der Greiffläche gegriffen und gehalten wird.
Beispiele derartiger Greifeinrichtungen, die in Form von Flächengreifern textile Materialien greifen können, sind beispielsweise Adhäsionsgreifer, Elektroadhäsionsgreifer, Sauggreifer, Bernoulli-Greifer, Magnetgreifer, Gefriergreifer und/oder Nadelgreifer. So wird beispielsweise bei einem Elektroadhäsionsgreifer eine Elektroadhäsionskraft auf das textile Material in Richtung der Greiffläche ausgeübt, so dass das textile Material mittels Elektroadhäsion an der Greiffläche gegriffen und gehalten werden kann. Bei Adhäsionsgreifern, auch Gekogreifer genannt, wird die grundsätzliche Adhäsionsfähigkeit von Körpern, das heißt zwischen dem Greifer und dem textilen Material, ausgenutzt, um den zu greifenden Gegenstand zu halten.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Greifvorrichtung eine elektrische Kontakteinrichtung hat, die wenigstens eine elektrische Elektrode aufweist, die mit einer elektrischen Energiequelle zum Anlegen einer elektrischen Spannung verbindbar ist. Die elektrische Elektrode ist dabei zum Kontaktieren des textilen Materials ausgebildet und wirkt mit einer entsprechenden Gegenelektrode derart zusammen, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss in dem textilen Material bewirkt wird, wenn die Elektrode und die Gegenelektrode das textile Material kontaktieren. So kann die elektrische Elektrode beispielsweise das textile Material beim Greifen, beim Halten und beim Transportieren und/oder beim Ablegen des textilen Materials elektrisch kontaktieren, um so einen Stromfluss in dem textilen Material zur Temperierung des textilen Materials während des Greif-, Transport- und/oder Ablegeprozesses zu bewirken. Vorzugsweise erfolgt die Kontaktierung erst beim Ablegen des textilen Materials.
Textile Materialien können insbesondere Faserhalbzeuge zur Herstellung von Faserverbundbauteilen sein, die beispielsweise ein Faserverbundwerkstoff aufweisen oder aus einem solchen bestehen.
Mit der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung wird es insbesondere möglich, beim Ablegen von gegriffenen und gehaltenen Faserhalbzeugen einen Stromfluss zur Temperierung innerhalb des abzulegenden und gegebenenfalls auch weiterer bereits abgelegter Faserhalbzeuge zu bewirken, so dass das oder die Faserhalbzeuge in dem entsprechenden stromdurchflossenen Bereich erwärmt werden. Durch das Temperieren der Faserhalbzeuge zumindest lokal an vordefinierten Bereichen, aber auch ganzflächig, kann während des Ablegens und des damit zusammenhängenden Ablöseprozesses der Faserhalbzeuge von der Greiffläche ein in den Faserhalbzeugen eingebrachten Bindermaterial aktiviert werden oder ein thermoplastischen Kunststoff bzw. ein duroplastisches Matrixsystem aufgeschmolzen wird, wodurch die beispielsweise zur Herstellung einer Preform übereinander abgelegter Faserhalbzeuge gegeneinander fixiert werden. Durch die Temperierung während des Ablege- und Ablöseprozesses wird somit ein thermisch aktivierbares Bindermaterial aktiviert, um so die einzelnen Faserhalbzeuge beziehungsweise Faserhalbzeuglagen aneinanderzuheften, zumindest die gegriffene und abzulegende Faserhalbzeuglage an bereits abgelegten Faserhalbzeugen oder an einem Ablagegrund (Werkzeug) anzuheften bzw. anzukleben.
Hierdurch kann prozesssicher die korrekte Positionierung der einzelnen abzulegenden Faserhalbzeuge sichergestellt werden. Darüber hinaus erlaubt die vorliegende erfindungsgemäße Greifvorrichtung die Anwendung von reinen Adhäsionsgreifern bei biegeschlaffen textilen Materialien, da durch das Anheften der gegriffenen und gehaltenen Faserhalbzeugen an bereits abgelegten Faserhalbzeugen während des Ablöseprozesses der Adhäsionsgreifer ohne weitere Maßnahmen durch einen Schälvorgang von den gehaltenen textilen Materialien ablösen kann. Standardmäßig ist bei biegeschlaffen Materialien eine Schälbewegung nicht möglich, da diese die Schälbewegung mitmachen. Durch das Anheften der textilen Materialien aufgrund des Wärmeeintrages kann dies verhindert werden, so dass über einen entsprechenden Schälvorgang der Adhäsionsgreifer beziehungsweise Gekogreifer von dem gegriffenen textilen Material abgelöst werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Flächengreifer, wie beispielsweise die Elektroadhäsionsgreifer, ist das materialschonende Greifen und Halten der textilen Materialien. Gerade im Vergleich zu Greifern, bei denen das Material klemmend gehalten wird, können bei den Flächengreifern der vorliegenden Erfindung Faserschädigungen beim Greifen und Halten der textilen Materialien vermieden werden. Durch das Anheften beim Ablösen der textilen Materialien kann darüber hinaus die Gefahr eines Verrutschens vermieden werden, so dass grundsätzlich sehr schnelle Greifbewegungen möglich sind, was zu einer deutlichen Erhöhung der Prozesszyklen führt, ohne qualitative Einbußen in Kauf nehmen zu müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Greifeinrichtung als Adhäsionsgreifer, Elektroadhäsionsgreifer, Sauggreifer, Bernoulli-Greifer, Magnetgreifer, Gefriergreifer und/oder Nadelgreifer ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine elektrische Elektrode innerhalb der Greiffläche der Greifeinrichtung angeordnet. Die Greiffläche muss dabei zwangsläufig nicht durchgehend sein, sondern kann durch Zwischenbereiche unterbrochen sein, in denen beispielsweise eine oder mehrere elektrische Elektroden angeordnet sind. Unter der Greiffläche im Sinne der vorliegenden Erfindung wird somit die Gesamtheit der Fläche verstanden, mit der das textile Material flächig und einseitig gegriffen werden kann. Diese gesamte Greiffläche kann dabei aus mehreren einzelnen, auch voneinander unabhängigen Teil-Greifflächen bestehen. Innerhalb der Greiffläche können dabei eine oder mehrere elektrische Elektroden angeordnet sein, so dass eine Temperierung der Faserhalbzeuge und somit ein Anheften des abzulegenden Faserhalbzeuges in unmittelbarer Nähe zu den Greifflächen erzeugt wird, um so das Ablösen des gegriffenen textilen Materials von der Greiffläche zu verbessern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es somit vorteilhaft, wenn die elektrische Kontakteinrichtung eine Mehrzahl von elektrischen Elektroden und/oder Gegenelektroden aufweist, so dass an vielen diskret verteilten Punkten auf der textilen Materialoberfläche Anheftpunkte realisiert werden können, um so ein Verrutschen des textilen Materials zu verhindern und ein Ablösen zu erleichtern.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es hierzu vorteilhaft, wenn die elektrische Kontakteinrichtung eine Steuereinheit hat, die eingerichtet ist, das Anlegen einer elektrischen Spannung an den elektrischen Elektroden so zu schalten, dass entweder an allen elektrischen Elektroden gleichzeitig eine elektrische Spannung zum bewirken eines Stromflusses in dem textilen Material anliegt oder das an den elektrischen Elektroden oder paare von elektrischen Elektroden jeweils zeitlich nacheinander eine elektrische Spannung zum bewirken eines Stromflusses in dem textilen Material anliegt.
Somit wird gemäß der ersten Alternative vorgeschlagen, dass an allen Elektroden gleichzeitig für eine gewisse Zeitdauer beziehungsweise Zeitspanne eine elektrische Spannung anliegt, so dass ein Stromfluss von allen Elektroden in Richtung der einen oder mehreren Gegenelektrode bewirkt wird.
Gemäß der zweiten Alternative der Ausführungsform wird die elektrische Spannung nicht gleichzeitig an allen Elektroden angelegt, sondern jede Elektrode (oder ein paar von Elektroden) wird nacheinander geschaltet, so dass zu einem Zeitpunkt immer nur an einer Elektrode (oder an einem paar von Elektroden) eine elektrische Spannung anliegt. Mit anderen Worten, jede Elektrode (oder ein paar von Elektroden) wird so geschaltet, dass an ihr eine definierte Zeitdauer eine elektrische Spannung anliegt, während an den anderen Elektroden keine elektrische Spannung anliegt.
Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass zu jedem Zeitpunkt ein definierter Stromfluss sichergestellt werden kann, so dass der notwendige Energieeintrag zur Temperierung und gegebenenfalls Binderaktivierung sichergestellt werden kann. So wird realisiert, dass der Stromfluss immer definiert über ausgesuchte Elektroden fließt und nur dort ein Wärmeeintrag erzeugt wird, wo sie benötigt wird.
So kann beispielsweise jede Elektrode (oder ein paar von Elektroden) an einen Kondensator/Supercup als elektrische Energiequelle angeschlossen werden, so dass bei Entladung sichergestellt ist, dass die entsprechende Energiemenge abfließt.
Der Begriff „Gegenelektrode“ im Sinne der vorliegenden Erfindung meint hierbei eine elektrische Elektrode, die als Gegenstück für die elektrische Elektrode zur Bewirkung des Stromflusses dient. Bei der Gegenelektrode kann es sich beispielsweise um eine elektrische Elektrode außerhalb der Greifvorrichtung handeln, beispielsweise die elektrisch leitfähige Oberfläche eines Formwerkzeuges, so dass ein Stromfluss von der oder den Elektroden der Greifvorrichtung durch die textilen Materiallagen hindurch zu der Werkzeugoberfläche als Gegenelektrode bewirkt werden kann. Eine Gegenelektrode kann allerdings auch eine Elektrode der Greifvorrichtung sein, so dass ein Stromfluss von einer Elektrode der Greifvorrichtung durch das textile Material zu einer Elektrode als Gegenelektrode der Greifvorrichtung bewirkt werden kann. Die Gegenelektrode ist somit eine Elektrode, die Bestandteil der Greifvorrichtung sein kann, aber nicht sein muss.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die mindestens eine elektrische Elektrode, vorzugsweise alle elektrischen Elektroden, so ausgebildet, dass die elektrische Kontaktfläche der Elektroden weniger als 15 cm², vorzugsweise weniger als 5 cm², und besonders vorzugsweise weniger als 1 cm² aufweist. In Kombination mit einer Vielzahl von elektrischen Elektroden mit kleiner Kontaktfläche kann so in kürzester Zeit ein Energieeintrag in das textile Material realisiert werden, um so ein Anheften und Fixieren der textilen Materiallagen durch die Temperierung sicherstellen zu können. Es hat sich beispielsweise als vorteilhaft herausgestellt, wenn über sämtliche elektronischen Elektroden hinweg ein Stromfluss in einer Zeitdauer von weniger als 2 Sekunden, vorzugsweise weniger als 500 Millisekunden besonders vorzugsweise weniger als 100 Millisekunden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Greifeinrichtung zum Ausführen einer relativen Hubbewegung der Greiffläche der Greifeinrichtung gegenüber der mindestens einen Elektrode, vorzugsweise aller Elektroden, der elektrischen Kontakteinrichtung ausgebildet. Hierdurch wird es möglich, dass die elektrischen Elektroden nur dann mit dem gegriffenen und gehaltenen textilen Material kontaktiert sind, wenn dies auch tatsächlich zur Bewirkung des Stromflusses notwendig wird. Durch die Hubbewegung der Greiffläche gegenüber den Elektroden kann erreicht werden, dass die Elektroden aufgrund der Hubbewegung der Greiffläche mit dem textilen Material kontaktieren beziehungsweise auch die Kontaktierung wieder lösen. Es ist daher ganz besonders vorteilhaft, wenn die Greifvorrichtung so ausgebildet ist, dass während des Greifens und Haltens und Transportierens des textilen Materials die Elektroden der elektrischen Kontakteinrichtung der Greifvorrichtung nicht mit dem textilen Material kontaktiert sind und erst beim Ablegen des textilen Materials mit dem textilen Material elektrisch kontaktiert werden, um den Stromfluss zu bewirken. Vorteilhafterweise wird durch die relative Hubbewegung eine Kraftbeaufschlagung der Elektroden auf die Faserhalbzeuge realisiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hierzu weist die Greifeinrichtung mindestens einen Aktuator auf, der zum aktiven Ausführen der relativen Hubbewegung der Greiffläche ausgebildet ist. Die Greiffläche kann somit mittels eines Aktuators, der von einer Steuereinheit angesteuert werden kann, aktiv bewegt werden, und zwar relativ gegenüber den elektrischen Elektroden, so dass die elektrischen Elektroden aufgrund der aktiven Hubbewegung der Greiffläche mit dem textilen Material kontaktieren können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Greifeinrichtung mindestens ein Federelement auf, das zum passiven Ausführen einer relativen Hubbewegung der Greiffläche ausgebildet ist, wenn eine Kraft auf die Greiffläche wirkt. Das Federelement ist vorzugsweise so ausgebildet, dass es in einer entspannten beziehungsweise in einer neutralen Stellung die Greifflächen so hält, dass die elektrischen Elektroden mit dem textilen Material nicht kontaktieren. So kann das textile Material gegriffen, gehalten und transportiert werden, ohne dass die Elektroden das textile Material kontaktieren. Beim Ablegen der textilen Materialien wird dabei eine Kraft auf die Greifflächen ausgeübt, so dass die Greiffläche eine relative Bewegung bezüglich der Elektroden ausführt, wenn die ausgeübte Kraft größer ist als die Gegenkraft des Federelementes. Dabei wird die Greiffläche relativ zu den Elektroden so lange gegen die Federkraft des Federelementes bewegt, bis die Elektroden mit dem textilen Material kontaktieren, so dass ein Stromfluss bewirkt werden kann.
Ein Federelement kann beispielsweise eine Feder, wie beispielsweise eine Stahlfeder sein. Ein Federelement kann vorzugsweise auch aus einem elastisch verformbaren Kunststoff bestehen, wie beispielsweise Schaumstoff, der nach Krafteinwirkung in seine Ursprungsform zurückkehrt.
Gemäß einer Ausführungsform wird somit aufgrund der Hubbewegung erreicht, dass die elektrischen Elektroden mit ihrer Kontaktfläche mit der Greiffläche fluchten oder darüber hinaus bewegt werden, was zu einer Anpresskraft der Elektroden auf das textile Material führt, so dass die elektrischen Elektroden das textile Material kontaktieren. In einer Ausgangsstellung beziehungsweise Neutralstellung fluchten die Kontaktflächen der elektrischen Elektroden nicht mit der Greiffläche der Greifeinrichtung und sind somit elektrisch nicht kontaktiert. Erst durch die Hubbewegung wird die Kontaktfläche der elektrischen Elektrode in die Flucht der Greiffläche oder darüber hinaus gebracht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist es auch denkbar, dass die elektrische Kontakteinrichtung mindestens einen Aktuator aufweist, der zum Ausführen einer relativen Hubbewegung der mindestens einen Elektrode der elektrischen Kontakteinrichtung gegenüber der Greiffläche der Greifeinrichtung ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Greiffläche der Greifeinrichtung vorzugsweise an der Greifvorrichtung starr angeordnet, während die elektrischen Elektroden mittels des mindestens einen Aktuators hubbeweglich ausgeführt sind. Somit werden die elektrischen Elektroden in Flucht mit der Greiffläche gebracht, um das textile Material zu kontaktieren.
Es ist aber auch denkbar, dass sowohl die Greiffläche als auch die Elektroden bewegbar ausgeführt sind. Vorzugsweise liegt ein Flächendruck von > 1 bar durch die Elektroden an.
Gemäß Anspruch 11 wird die Aufgabe auch mit einer Legevorrichtung zum Legen von textilem Material für die Herstellung einer textilen Preform gelöst, wobei das textile Material in das Formwerkzeug mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Greifvorrichtung eingebracht werden soll. Durch den Aufbau mehrerer Lagen textiler Materialien (textile Materiallagen), beispielsweise Faserhalbzeuglagen, kann die textile Preform aufgebaut werden. Durch den mittels der Elektroden der Greifvorrichtung bewirkten Stromflusses können die einzelnen Materiallagen an bestimmten, vordefinierten Punkten fixiert werden.
Vorteilhafterweise ist hierbei die Werkzeugoberfläche zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, elektrisch leitend ausgebildet und bildet so die Gegenelektrode, so dass ein definierter Stromfluss durch alle bereits abgelegten textilen Materiallagen hindurch zur Temperierung und gegebenenfalls Binderaktivierung bewirkt werden kann.
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mittels des Verfahrens gemäß Anspruch 13 gelöst, das ein Verfahren zur Herstellung einer textilen Preform aus elektrisch leitfähigen, textilen Materiallagen beansprucht. Hierbei werden zunächst textile Materiallagen mittels der vorstehend genannten Greifvorrichtung aufgenommen, gehalten und dann zu einem bereitgestellten Formwerkzeug transportiert. Anschließend werden die textilen Materiallagen abgelegt, wobei während des Ablegens der textilen Materiallagen mindestens eine elektrische Elektrode der Greifvorrichtung mit der abzulegenden textilen Materiallagen kontaktiert ist und durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss in zumindest der abzulegenden textilen Materiallage zur Temperierung bewirkt wird.
Vorteilhafterweise sind die elektrischen Elektroden erst im Ablegen der textilen Materiallage in oder auf dem Formwerkzeug mit diesem elektrisch kontaktiert und während des Aufnehmens und des Haltens beziehungsweise Transportierens nicht mit der textilen Materiallage kontaktiert.
Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
Durch viele kleine Elektroden erfolgte eine Temperierung auch nur im Bereich der Elektroden und/oder im Bereich des Stromflusses, so dass nur kleine Aktivierungspunkte zwischen der Lage entstehen. Dies ist beim späteren Umformen der ebenen, fixierten Vorformlinge vorteilhaft, da sich diese dann besser umformen lassen.
Vorteilhafterweise wird der ebene Vorformling aufgebaut und fixiert und anschließend dreidimensional umgeformt.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 – schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Greifvorrichtung;
2 – schematische Darstellung der Greifvorrichtung mit einem gegriffenen textilem Material;
3 – schematische Darstellung der Greifvorrichtung beim Ablegen des textilen Materials.
1 zeigt schematisch die Greifvorrichtung 1, mit der elektrisch leitfähige, textile Materialien, wie beispielsweise Faserhalbzeuge zur Herstellung von Faserverbundbauteilen, gegriffen und gehalten werden sollen.
Die Greifvorrichtung 1 weist eine Greifeinrichtung 2 auf, die eine Greiffläche 3 hat, die dem zu greifenden textilen Material zugewandt und zum Greifen und Halten des textilen Materials ausgebildet ist. Die Greiffläche 3 der Greifeinrichtung 2 ist im Ausführungsbeispiel der 1 in mehrere Teil-Greifflächen unterteilt.
Die Greifvorrichtung 1 weist des Weiteren eine elektrische Kontakteinrichtung 4 auf, die eine Mehrzahl von elektrischen Elektroden 5 aufweist, die zwischen den einzelnen Teil-Greifflächen 3 der Greifvorrichtung 2 angeordnet sind. Die einzelnen Elektroden 5 der elektrischen Kontakteinrichtung 4 sind dabei mit einer Steuereinheit 6 verbunden, um so das Anlegen einer elektrischen Spannung mittels einer nicht dargestellten elektrischen Energiequelle schalten zu können. So ist es beispielsweise denkbar, dass die einzelnen Elektroden 5 zeitlich nacheinander geschaltet werden, so dass jeweils zeitlich nacheinander an immer einer Elektrode 5 eine elektrische Spannung anliegt.
1 zeigt schematisch die Greifvorrichtung 1 in dem Zustand, in dem ein textiles Material nicht gegriffen oder gehalten wird. Die Greiffläche 3 fluchtet dabei nicht mit den Kontaktflächen 7 der Elektroden 5, so dass beim Greifen und Halten eines textilem Materials die Kontaktflächen 7 der Elektroden 5 nicht das textile Material kontaktieren würde.
2 zeigt schematisch die Greifvorrichtung 1 aus 1, wobei nunmehr ein textiles Material 8 an den Greifflächen 3 der Greifeinrichtung 2 gegriffen und gehalten wird. Zu erkennen ist in diesem Ausführungsbeispiel, dass die Kontaktflächen 7 der Elektroden 5 mit dem textilen Material nicht kontaktieren.
Die Greifeinrichtung 2 kann beispielsweise als Adhäsionsgreifer, Elektroadhäsionsgreifer, Sauggreifer, Bernoulli-Greifer, Magnetgreifer, Gefriergreifer und/oder Nadelgreifer ausgebildet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei der Greiffläche 3 um eine Elektroadhäsions-Folie, die beispielsweise aus einer flexiblen Folie mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen versehen ist. Durch Anlegen sehr hoher Spannungen an diese Leiterbahnen können an der Folie anliegende Textilien gegriffen werden, so dass auf das textile Material 8 eine Elektroadhäsionskraft in Richtung der Greifvorrichtung 1 wirkt.
Sollte die gesamte Greiffläche 3 größer sein als der zu greifende Zuschnitt, so können beispielsweise nicht dargestellte Niederhalter eingesetzt werden, die die nicht benötigten Ränder der Greiffläche 3 wegdrücken. Da die Anziehungskraft beispielsweise beim elektrostatischen Greifprinzip enorm von der Entfernung abhängt, werden die Anziehungskräfte für die Randbereiche so stark reduziert, dass diese nicht mehr gegriffen werden.
Die einzelnen Teil-Greifflächen der Greiffläche 3 können beispielsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sein, so dass beispielsweise verschiedene Teil-Greifflächen zu- und abschaltbar sind. Hierdurch können verschiedene Faserhalbzeuge gegriffen und definiert auf eine leitende oder nicht-leitende Ablegeplatte abgelegt werden.
Die Greifvorrichtung 1 hat eine Befestigungseinrichtung 9 mit der die Greifvorrichtung 1 beispielsweise an einer Robotereinheit befestigt werden kann. Dadurch wird es möglich, dass die textilen Materialien mittels des Roboters von einer Faserbereitstellung zu einem Formwerkzeug transportiert werden können, um so eine textile Preform zu erzeugen. Die Greifvorrichtung 1 ist somit äußerst flexibel an die jeweilige Situation anpassbar.
3 zeigt schematisch den Ablegeprozess des aufgenommenen textilen Materials 8 auf bereits abgelegte textile Materialien 10, die zur Herstellung einer Preform in einem Formwerkzeug 11 abgelegt sind.
Die Greifeinrichtung 2 weist zur Verbesserung des Ablegeprozesses Federelemente 12 auf, die beispielsweise ein elastomeres Material sein können (beispielsweise Schaumstoff). Hierdurch wird es möglich, dass die Greiffläche 3 gegenüber dem feststehenden Elektroden 5 eine Hubbewegung in Richtung R_Hub ausführen können, um so die Elektroden 5 mit ihrer Kontaktfläche 7 mit dem textilen Material 8 zu kontaktieren.
Hierfür wird die Greifvorrichtung 1 beim Ablegen des aufgenommenen textilen Materials 8 in Richtung der bereits abgelegten textilen Materialien 10 gedrückt, wobei die Anpresskraft, mit der die Greifvorrichtung 1 in Richtung der bereits abgelegten Fasermaterialien 10 gedrückt wird, größer ist als die Federkraft des Federelementes 12. Das Federelement 12 wird daraufhin zusammengedrückt (gestaucht), wobei die Greiffläche 3 hierbei eine relative Hubbewegung in Richtung R_Hub gegenüber den Elektroden 5 ausführt, und zwar so lange, bis die Elektroden 5 mit ihrer Kontaktfläche 7 mit der Greiffläche 3 fluchten und somit das textile Material 8 elektrisch kontaktieren.
Wie in 3 gezeigt, kontaktieren die Elektroden 5 das textile Material 8, so dass durch Anlegen einer Spannung ein Stromfluss zu einer Gegenelektrode bewirkt werden kann. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist hierbei das Formwerkzeug 11 elektrisch leitend ausgebildet, so dass das Formwerkzeug 11 die Gegenelektrode bildet. Durch Anlegen einer Spannung kann so ein Stromfluss definiert durch die einzelnen Lagen der textilen Materialien 8, 10 bewirkt werden, so dass in diesen Bereichen eine Temperierung erfolgt. Hierbei können beispielsweise Bindermaterialien thermisch aktiviert werden, so dass das abzulegende textile Material 8 an die bereits abgelegten textilen Materialien 10 angeheftet wird. Die Greifvorrichtung 1 lässt sich nunmehr ohne Verrutschen der Materiallagen entfernen und von dem textilen Material 8 ablösen.
Denkbar ist auch, dass die Greifeinrichtung anstelle von Federelementen aktive Aktuatoren hat, um eine relative Bewegung der Greiffläche 3 bezüglich der Elektroden 5 zu erzeugen. Denkbar ist auch, dass die Elektroden selbst mit Aktuatoren in Verbindung stehen, um eine relative Bewegung gegenüber den Greifflächen 3 auszuführen.
Darüber hinaus ist es denkbar, dass durch weiteres Aufbringen einer Andrückkraft die Elektroden auf die textilen Materialien gedrückt werden, so dass hier eine Kompaktierung der textilen Materialien im Bereich der Elektroden 5 stattfindet. Hierdurch kann der Stromfluss definierter erfolgen.
Es wird somit eine Greifvorrichtung vorgeschlagen, die eine oder mehrere individuell Greifflächen und eine oder mehrere dazu angeordnete, individuell ansteuerbare Elektroden zur lokalen Binderaktivierung zwecks Heften von Faserhalbzeugen aneinander aufweist. Die Greifflächen und die Elektroden sind dabei relativ zueinander beweglich. Die Relativbewegung kann passiv erfolgen, indem zum Beispiel ein Roboter den Greifer an eine Oberfläche drückt und Teile des Greifers nachgeben. Die Relativbewegung kann auch aktiv erfolgen durch Antriebe, die die Greiffläche und/oder die Elektroden bewegen.
Der Stromfluss kann entweder senkrecht durch eine oder mehrere Faserlagen verlaufen oder in Faserebene. Durch eine hohe Anzahl von Elektroden pro Fläche wird eine hohe Anzahl von Fixierpunkten ermöglicht, ohne dass dadurch die Kosten für den Greifer deutlich erhöht werden. Die Elektroden können dabei individuell angesteuert werden, so dass realisiert wird, dass der Stromfluss immer definiert über ausgesuchte Elektroden fließt und nur dann Wärme erzeugt wird und nur dort Energie verbraucht wird, wo sie benötigt wird.
Es ist darüber hinaus denkbar, dass vor dem Erzeugen von einem Stromfluss die an den Elektroden anliegenden Widerstände gemessen werden. Das erlaubt ein automatisiertes Einstellen optimaler Prozessparameter für den Fixiervorgang. Wenn durch die Elektroden kein Fasermaterial kontaktiert wird, wird dies sensiert und im darauffolgenden Schritt wird diese Elektrode nicht mehr bestromt.
Die Greiffläche kann flexibel sein und sich so den Konturen oder Unebenheiten des zu greifenden textilen Materials anpassen. Die Greiffläche kann zusätzlich Löcher enthalten, um ein Abheben oder ein Ablösen des Greifgutes zu begünstigen, indem zum Beispiel durch die Löcher ein Luftstrom erzeugt wird.
Um eine Schädigung der textilen Materialien zu vermeiden, kann die elektrische Energie in gepulster Form eingebracht werden.
Sind beispielsweise die Elektroden ebenfalls über Aktuatoren relativ zu den Greifflächen bewegbar, so kann nach Kontaktierung der Elektroden mit dem textilen Material die Elektrode in Richtung des textilen Materials bewegt werden, um diese mit einem Druck zu beaufschlagen, was dazu führt, dass die Elektrode gegen das abgelegte textile Material drückt. Dadurch verringert sich der Kontaktwiderstand und ein Strom kann zwischen der Elektrode, dem textilen Material und der Gegenelektrode fließen.
Bezugszeichenliste

1: Greifvorrichtung
2: Greifeinrichtung
3: Greiffläche
4: elektrische Kontakteinrichtung
5: Elektrode
6: Steuereinheit
7: Kontaktfläche
8: textiles Material
9: Befestigungseinrichtung
10: abgelegte textile Materialien
11: Formwerkzeug
12: Federelement
13: Stromfluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012019915 A1 [0005]
DE 10353070 A1 [0006]
WO 2014/033021 A2 [0007]

Claims

Greifvorrichtung zum Greifen und Halten von elektrisch leitfähigen, textilen Materialien, mit einer Greifeinrichtung, die eine Greiffläche hat, die dem zu greifenden textilen Material zugewandt und zum Greifen und Halten des textilen Materials ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung eine elektrische Kontakteinrichtung hat, die mindestens eine mit einer elektrischen Energiequelle zum Anlegen einer elektrischen Spannung verbindbaren elektrischen Elektrode aufweist, die zum elektrischen Kontaktieren mit dem textilen Material ausgebildet ist und mit einer elektrischen Gegenelektrode derart zusammenwirkt, dass ein Stromfluss in dem textilen Material zwischen der mindestens einen Elektrode und der Gegenelektrode zur Temperierung bewirkt wird, wenn die mindestens eine Elektrode und die Gegenelektrode mit dem textilen Material kontaktiert sind.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung als Adhäsionsgreifer, Elektroadhäsionsgreifer, Sauggreifer, Bernoulli-Greifer, Magnetgreifer, Gefriergreifer und/oder Nadelgreifer ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Elektrode innerhalb der Greiffläche der Greifeinrichtung angeordnet ist.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung eine Mehrzahl von elektrischen Elektroden und/oder Gegenelektroden aufweist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung eine Steuereinheit hat, die eingerichtet ist, das Anlegen einer elektrischen Spannung an den elektrischen Elektroden so zu schalten, dass entweder an alle elektrischen Elektroden gleichzeitig eine elektrische Spannung zum Bewirken eines Stromflusses in dem textilen Material anliegt oder dass an den elektrischen Elektroden oder paare von elektrischen Elektroden jeweils zeitlich nacheinander eine elektrische Spannung zum Bewirken eines Stromflusses in dem textilen Material anliegt.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Elektrode eine elektrische Kontaktfläche von weniger als 15 cm², vorzugsweise weniger als 5 cm², besonders vorzugsweise von weniger als 1 cm² hat.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung zum Ausführen einer relativen Hubbewegung der Greiffläche der Greifeinrichtung gegenüber der mindestens einen Elektrode der elektrischen Kontakteinrichtung ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung mindestens einen Aktuator aufweist, der zum aktiven Ausführen der relativen Hubbewegung der Greiffläche ausgebildet ist.
Greifvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung mindestens ein Federelement aufweist, das zum passiven Ausführen der relativen Hubbewegung der Greiffläche ausgebildet ist, wenn eine Kraft auf die Greiffläche wirkt.
Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung mindestens einen Aktuator aufweist, der zum Ausführen einer relativen Hubbewegung der mindestens einen Elektrode der elektrischen Kontakteinrichtung gegenüber der Greiffläche der Greifeinrichtung ausgebildet ist.
Legevorrichtung zum Legen von textilen Material für die Herstellung einer textilen Preform mit einem Formwerkzeug und einer Greifvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Legen des textilen Materials in das Formwerkzeug.
Faserlegevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug eine Werkzeugoberfläche hat, in der mindestens eine Gegenelektrode angeordnet ist oder die die Gegenelektrode bildet.
Verfahren zur Herstellung einer textilen Preform aus elektrisch leitfähigem, textilen Materiallagen, wobei zunächst eine Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 bereitgestellt wird, mit den Schritten: a) Aufnehmen mindestens einer textilen Materiallage mittels der Greifvorrichtung; b) Halten und Transportieren der aufgenommenen textilen Materiallagen zu einem bereitgestellten Formwerkzeug mittels der Greifvorrichtung; c) Ablegen der aufgenommenen textilen Materiallage in das Formwerkzeug mittels der Greifvorrichtung, wobei während des Ablegens der textilen Materiallage die mindestens eine elektrische Elektrode der Greifvorrichtung mit der abzulegenden textilen Materiallage kontaktiert ist und durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss in zumindest der abzulegenden textilen Materiallage zur Temperierung bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommene textile Materiallage auf bereits in das Formwerkzeug abgelegten textilen Materiallagen abgelegt wird, wobei während des Ablegens der aufgenommenen textilen Materiallage durch die Greifvorrichtung eine Anpresskraft der mindestens einen elektrischen Elektrode in Richtung der textilen Materiallagen aufgebracht und durch Anlegen einer elektrischen Spannung ein Stromfluss in der abzulegenden textilen Materiallage oder durch die textilen Materiallagen hindurch bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Kontakteinrichtung der Greifvorrichtung eine Mehrzahl von elektrischen Elektroden hat, wobei mittels einer Steuereinheit das Anlegen einer elektrischen Spannung so geschaltet wird, dass entweder an alle elektrischen Elektroden gleichzeitig eine elektrische Spannung zum Bewirken eines Stromflusses in zumindest der abzulegenden textilen Materiallage angelegt wird oder dass an den elektrischen Elektroden jeweils zeitlich nacheinander eine elektrische Spannung zum Bewirken eines Stromflusses in zumindest der abzulegenden textilen Materiallage angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromfluss zur Temperierung so bewirkt wird, dass ein in den textilen Materiallagen befindliches, thermisch aktivierbares Bindermaterial aktiviert wird und/oder ein thermoplastischer Kunststoff aufgeschmolzen wird.