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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum automatisierten Herstellen eines Vakuumaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils, das durch Aushärten eines in einem Fasermaterial infundierten Matrixmaterials unter Verwendung eines Vakuumaufbaus hergestellt wird.
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Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff, sogenannte Faserverbundbauteile, sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Aber auch im Automobilbereich findet die Verwendung derartiger Werkstoffe immer mehr Zuspruch. Besondere beanspruchte Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit bei minimalem Gewicht aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können die Bauteile an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus.
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Ein in der Praxis zur Herstellung von Faserverbundbauteilen häufig eingesetztes Herstellungsverfahren ist das sogenannte Open-Mould-Verfahren, bei dem Fasermaterial in ein formgebendes Werkzeug eingebracht und mit einem Vakuumaufbau luftdicht (zur Atmosphäre hin) abgeschlossen wird. Anschließend wird das unter dem Vakuumaufbau abgedichtete Fasermaterial evakuiert. Bei der Verwendung von trockenen Faserhalbzeugen wird nun Matrixmaterial infundiert, um das Fasermaterial mit dem Matrixmaterial zu tränken. Bei der Verwendung sogenannter Prepregs, d.h. vorimprägnierter Faserhalbzeuge, sind die Fasermaterialien bereits mit einem Matrixmaterial infundiert. Durch Aushärten des Matrixmaterials entsteht eine Verbindung zwischen dem Fasermaterial und dem Matrixmaterial, wodurch das Faserverbundbauteil hergestellt wird. Teilweise werden unter dem Vakuumaufbau auch bereits ausgehärtete Bauteile bzw. Bauteiloberflächen verwendet, um so insbesondere spezielle Strukturelemente zu schaffen.
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Ein solcher Vakuumaufbau weist in der Regel mehrere Materiallagen auf, die jeweils aus unterschiedlichen Materialien bestehen und so jeweils verschiedene Funktionsschichten, je nach Fertigungstechnologie, bilden. Die durch die Materiallagen gebildeten Funktionsschichten sollen dabei in dem gesamten Fertigungsprozess jeweils eine spezielle Funktion übernehmen, um ein Faserverbundbauteil bspw. im Open-Mould-Verfahren oder allgemein im Vakuumaushärtungsprozess prozesssicher herstellen zu können.
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Derlei Materiallagen, die in der Praxis häufig verwendet werden, können bspw. eine Vakuumfolie, ein Saugvlies, eine Fliesshilfe, eine Trennfolie, ein Abreißgewebe und/oder ein Vakuumdichtband sein. Zusätzlich können spezielle Hilfsmittel zur Versiegelung des Vakuumaufbaus zur Atmosphäre hin aufgebracht werden. Die Herstellung des Vakuumaufbaus erfolgt dabei im Allgemeinen durch Fachpersonal, d.h. händisch, wobei insbesondere bei Großbauteilen aus Faserverbundwerkstoffen enorme Kosten durch den hohen Zeitaufwand bei der Herstellung des Vakuumaufbaus entstehen. Dabei muss der Vakuumaufbau immer schrittweise erfolgen, d.h. erst nach Einbringen des Fasermaterials in das Formwerkzeug können nun lagenweise bzw. schichtweise die einzelnen Materiallagen des Vakuumaufbaus eingebracht und fixiert werden, wodurch am Ende der vollständige Vakuumaufbau mit dem eingeschlossenen Fasermaterial gebildet wird. Je nach verwendeten Verfahren oder Verfahrensanweisung kann die Reinfolge der einzelnen Funktionsschichten unterschiedlich sein.
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Sowohl der Zuschnitt der einzelnen Materiallagen als auch das Drapieren der Materiallagen in dem Formwerkzeug zur Herstellung des Vakuumaufbaus ist nicht nur ein hoher Kostenfaktor, sondern auch eine hohe Fehlerquelle, die nicht zuletzt zum Ausschluss des gesamten Bauteils führen kann. Gerade bei Großbauteilen aus der Luft- und Raumfahrt kann ein fehlerhafter Vakuumaufbau zum Ausschuss des Bauteils führen, da bei den strengen Qualitätsanforderungen Fehler nur bedingt tolerierbar sind.
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Aus der
DE 10 2008 006 261 B3 ist ein Multifunktionslaminat bekannt, das aus einer Membran, einer darauf laminierten Textillage sowie einer Abstandshalterlage besteht, um einen Matrix-Zuführraum bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen zu begrenzen.
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Aus der
DE 10 2008 058 345 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtstoffplatte bekannt, bei dem die Schichtstoffplatte mithilfe von Heißpressen verpresst und verklebt wird.
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Die
ES 2 246 675 A1 betrifft die Verwendung von Vakuumfolien zum Autoklavieren von Verbundstrukturen. Um an von den Verbundstrukturen aufragenden Elementen, beispielsweise Stringern, eine Folienbrücke zu bilden, wird eine Vorrichtung mit Klammerarmen über die Verbundstruktur geschwenkt und die Folie mit den Klammerarmen an die aufragenden Elemente angelegt, um die Folie so nah wie möglich an die Elemente zu bringen.
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Der
US 5,738,741 A ist ein Verfahren zur Verstärkung oder Reparatur von geschwächten oder beschädigten Betonabschnitten in Brücken oder Gebäuden entnehmbar, bei dem ein Vakuumaufbau aus mehreren, teilweise miteinander verklebten Materialschichten hergestellt und über einem Verstärkungselement an der zu verstärkenden Struktur positioniert wird, um eine anschließende Aushärtung des Verstärkungselements unter Vakuum zu ermöglichen.
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Die
US 2002 / 0 144 401 A1 sowie die
ES 2 205 961 A1 beziehen sich auf ein Co-Bonding-Verfahren zur von Verbundmaterialbauteilen, bei dem vorimprägnierte, ungehärtete Holme mit einer gehärteten Außenhaut verbunden werden, wobei Stützelemente zur Stabilisierung des Aufbaus eingesetzt werden. Zur vollständigen Aushärtung wird ein vorgefertigter und überprüfter Vakuumbeutel über den zu verbindenden Strukturen ausgebreitet und der Aufbau anschließend autoklaviert.
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Die
EP 1 744 958 B1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schlauchbeuteln mit einer Aufreißhilfe, beispielsweise für den Lebensmittelbereich. Die Aufreißhilfe soll dabei so konzipiert sein, dass das im Schlauchbeutel enthaltene Produkt beim Aufreißen nicht berührt wird, um vorgegebene Hygienebedingungen erfüllen zu können.
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Die
US 2011 / 0 308 722 A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden vorgehärteter Stringer mit einer Flugzeugstrukturkomponente. Hierbei wird vor dem Aushärten zunächst eine Vakuumfolie über jeden Stringer gelegt, dann werden die Stringer auf der Komponente angeordnet und die Zwischenräume werden mit Vakuumstreifen und Siegelmitteln überbrückt, um einen kontinuierlichen Vakuumaufbau bereitzustellen.
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Die
DE 33 25 327 C2 betrifft ein Vakuumformverfahren für Faserverbundbauteile, bei dem Prepregschichten auf einem Formkörper abgelegt und diese mit einer Entlüftungslage sowie einer gasundurchlässigen Membran bedeckt werden, um nach einer anschließenden Evakuierung auszuhärten. Als Entlüftungslage ist ein mikroporöses Filmmaterial vorgesehen, das gasdurchlässig, aber für das Harzmateiral undurchlässig ist.
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Der
WO 2004/098886 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils in Sandwichbauweise zu entnehmen, bei dem zwischen zwei Deckfolien eine Kernschicht mit einem Füllmaterial angeordet wird.
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Die
US 2006 / 0 157 489 A1 offenbart ein aus schaumstoffgefüllten und umgefalteten Kunststoffwänden hergestelltes Unterteilungsgitter für Behälter, um scharfe Kanten im Eingriffbereich des Behälters zu vermeiden.
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Die
DE 695 11 458 T2 offenbart eine Vorrichtung zur automatisierten Herstellung von selbstklebenden Etiketten, die eine Druckeinheit, ein Walzpaar aus einer Antriebswalze und einer entgegengesetzten Walze, eine Stanzeinrichtung mit einer Stanzwalze und einer dazu entgegengesetzten Stützwalze sowie eine Falteinheit umfasst.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Vakuumaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, mit dem die Fehlerrate reduziert und der gesamte Herstellungsprozess qualitätsgesichert durchgeführt werden kann. Es ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine entsprechende Anlage zur Herstellung eines derartigen Vakuumaufbaus anzugeben.
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Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Herstellen eines Vakuumaufbaus sowie gemäß Anspruch 7 bzgl. einer Anlage zur Herstellung eines Vakuumaufbaus erfindungsgemäß gelöst.
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Es wird ein Verfahren zum automatisierten Herstellen eines Vakuumaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, wobei das Faserverbundbauteil durch Aushärten eines in einem Fasermaterial infundiertes Matrixmaterial unter Verwendung eines Vakuumaufbaus hergestellt werden soll. Zum automatisierten Herstellen des Vakuumaufbaus werden eine Mehrzahl von unkonfektionierten Materiallagen für den Vakuumaufbau durch eine Materialbereitstellungseinrichtung bereitgestellt. Die Materiallagen entsprechen dabei den einzelnen Materiallagen für die Herstellung des Vakuumaufbaus und bilden so die einzelnen Funktionsschichten. Die einzelnen Materiallagen können dabei jeweils unterschiedliche Materialien aufweisen, um so die einzelnen Funktionsschichten des Vakuumaufbaus bilden zu können. Durch die Materialbereitstellungseinrichtung werden die unkonfektionierten Materiallagen bspw. bahnförmig bereitgestellt, indem die einzelnen Materiallagen auf Rollen aufgerollt sind und so bereitgestellt werden.
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Unter unkonfektionierten Materiallagen wird dabei die Bereitstellung des jeweiligen Materials der Materiallagen derart gemeint, dass die Materiallagen bzgl. der geforderten Abmessung und Geometrie noch nicht zugeschnitten sind, d.h. die einzelnen Materiallagen sind noch nicht konfektioniert.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Materiallagen automatisiert durch eine Fügevorrichtung zu einem vorkonfektioniertem Vakuumaufbau lagenweisen zusammengefügt werden, wobei vor, während oder nach dem Zusammenfügen die Materiallagen durch eine Schneidvorrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Geometriedaten konfektioniert werden.
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Die von der Materialbereitstellungseinrichtung bereitgestellten Materiallagen, die bspw. bahnförmig bereitgestellt werden, können so bspw. über Umlenkrollen zu der Fügevorrichtung geführt werden, so sie lagenweise zusammengefügt werden. Das Zusammenfügen der einzelnen Materiallagen erfolgt dabei an den flächigen Seiten der Materiallagen, sodass sich schichtweise der Vakuumaufbau mit den jeweils verschiedenen Funktionsschichten ergibt.
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Damit der spätere Vakuumaufbau bzgl. des Formwerkzeugs oder des herzustellen Bauteils passend ist, werden die unkonfektionierten Materiallagen durch eine Schneidvorrichtung in Abhängigkeit der vorgegebenen Geometriedaten zugeschnitten und demnach entsprechend der gewünschten Geometrie konfektioniert, sodass sich nach dem automatisierten Herstellen des Vakuumaufbaus ein vorkonfektionierter Vakuumaufbau aus einzelnen Materiallagen, die jeweils eine Funktionsschicht bilden, ergibt. Das Zuschneiden der Materiallagen durch die Schneidvorrichtung kann dabei vor, während oder nach dem Zusammenfügen der Materiallagen erfolgen. So ist es bspw. denkbar, dass vor dem Zusammenfügen der einzelnen Materiallagen die unkonfektionierten Materiallagen durch die Schneidvorrichtung konfektioniert werden und die so konfektionierten Materiallagen dann durch die Fügevorrichtung zusammengefügt werden. Denkbar ist aber auch, dass zuerst der gesamte Vakuumaufbau aus den einzelnen Materiallagen zusammengefügt und anschließend durch die Schneidvorrichtung konfektioniert wird. In einer dritten Variante ist es bspw. denkbar, dass zunächst einzelne Materiallagen zusammengefügt und zugeschnitten werden, wobei die so konfektionierten und zusammengefügten Materiallagen dann zu dem gesamten Vakuumaufbau zusammengefügt werden. Dies ist bspw. dann vorteilhaft, wenn verschiedene Materiallagen unterschiedliche Abmessungen oder Geometrien aufweisen, die sich nicht in einem gemeinsamen Konfektionierungsschritt herstellen lassen.
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Gemäß diesem Verfahren wird es somit möglich, einen Vakuumaufbau automatisiert herzustellen, d.h. die einzelnen Funktionslagen automatisiert zusammenzufügen und entsprechend zu konfektionieren. Gegenüber dem händischen Herstellungsverfahren bietet das erfindungsgemäße automatisierte Verfahren den Vorteil, dass der Vakuumaufbau nicht direkt beim Bauteilhersteller gefertigt werden muss, sondern bspw. durch einen externen Hersteller gefertigt werden kann. Durch die Automatisierung des Prozesses können darüber hinaus Fehler beim Lagenaufbau reduziert und somit ein Vakuumaufbau mit reproduzierbarer Qualität hergestellt werden. Darüber hinaus lassen sich die Kosten für die Herstellung insbesondere großer Faserverbundbauteile signifikant senken, da nunmehr der Vakuumaufbau nicht mehr händisch durchgeführt werden muss. Durch die Flexibilität des Verfahrens hinsichtlich der Konfektionierung können so auch Vakuumaufbauten unterschiedlicher Art und Geometrie prozesssicher hergestellt werden, ohne dass hierfür bspw. große Teile der Anlage ausgetauscht werden müssen.
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Die einzelnen Materiallagen können bspw. eine Vakuumfolie, ein Saugvlies, eine Fliesshilfe, eine Trennfolie, ein Abreißgewebe und/oder ein Vakuumdichtband sein.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird der vorkonfektionierte Vakuumaufbau nach dessen Herstellung auf einer Rolle aufgerollt, sodass er transportfähig ist. Denkbar ist auch, dass mehrere vorkonfektionierte Vakuumaufbauten nacheinander hergestellt werden, die zusammen auf einer Rolle aufgerollt werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden wenigstens zwei zusammengefügte Materiallagen mittels eines Klebstoffes lokal fixiert. Hierfür wird auf eine oder beide Materiallagen mittels einer Klebstoffauftrageinrichtung ein Klebstoff aufgebracht und anschließend die beiden Materiallagen auf der Seite mit dem aufgebrachten Klebstoff zusammengefügt, sodass die beiden Materiallagen mittels des Klebstoffes lokal fixiert werden können. Die Klebstoffauftrageinheit kann bspw. in Form von Klebstoffdüsen die gewünschte Menge Klebstoff auf die Materiallagen aufbringen. Denkbar ist auch, dass eine Art doppelseitiges Klebeband mit Hilfe der Klebstoffauftrageinheit auf eine der Materiallagen aufgebracht wird, sodass bei Zusammenfügen der beiden Materiallagen diese aufgrund des doppelseitigen Klebebandes lokal gegeneinander fixiert werden.
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Erfindungsgemäß werden nach dem Zusammenfügen der Materiallagen eine oder mehrere Materialfalten durch eine Drapiervorrichtung eingebracht, indem zwei Materiallagenabschnitte, welche die spätere Materialfalte bilden, aneinandergelegt werden. Durch das Einbringen einer Materialfalte in die zusammengefügten Materiallage können dreidimensionale Strukturen in den vorkonfektionierten Vakuumaufbau eingebracht werden, die später dann mit der herzustellenden Bauteilgeometrie korrespondieren. Mittels einer Positionserfassungseinrichtung kann die Position und Lage des Vakuumaufbaus detektiert und so in Abhängigkeit der Bauteildaten dann an der benötigten Position die Materialfalte in den Vakuumaufbau eingebracht werden. Hierfür werden zwei Materiallagenabschnitte zusammengelegt, sodass sich die zumindest unterste Materiallage innerhalb dieses Materiallagenabschnittes selbst kontaktiert. Die Materialfalte kann bspw. durch eine Art vakuumgestütztes Tiefziehen eingebracht werden.
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Derartige Materialfalten werden in einem Vakuumaufbau bspw. für Verstärkungselemente, wie bspw. Stringer, benötigt, die aus der Oberfläche des herzustellenden Faserverbundbauteils abstehend hinausragen.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zusammengelegten Materiallagenabschnitte an den Rändern durch eine Verschweißeinrichtung, die bspw. Bestandteil der Drapiervorrichtung sein, verschweißt werden. Da in der Regel die letzte Materiallage eine Vakuumfolie ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verschweißeinrichtung zum Folienschweißen bspw. durch Eintrag von thermischer Energie, ausgebildet ist, sodass die an den Rändern der Materialfalte befindliche oberste Materiallage (Vakuumfolie) durch Folienschweißen verschweißt werden. Hierfür weist die Verschweißeinrichtung zweier Schenkel auf, die beweglich zueinander ausgebildet sind, wobei zwischen den beiden Schenkeln die beiden Materiallagenabschnitte eingebracht werden, und anschließend die Schenkel zueinander bewegt werden, wodurch die beiden Materiallagenabschnitte des Vakuumaufbaus aneinandergepresst und verschweißt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Geometrie des hergestellten, vorkonfektionierten Vakuumaufbaus mittels einer Geometrieerfassungsvorrichtung, bspw. einer kamerabasierten Geometrieerfassungsvorrichtung, erfasst und zur Überprüfung der Geometriegenauigkeit mit einer Soll-Geometrie durch eine Recheneinheit verglichen. Hierdurch kann in einem nachgelagerten Qualitätssicherungsprozess überprüft werden, ob der automatisierte hergestellte und vorkonfektionierte Vakuumaufbau den geforderten Bauteiltoleranzen entspricht.
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Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einer Anlage gemäß Anspruch 7 zur automatisierten Herstellung eines Vakuumaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils erfindungsgemäß gelöst. Die Anlage ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens zur Herstellung eines Vakuumaufbaus. Die Anlage weist eine Materialbereitstellungseinrichtung zum Bereitstellen einer Mehrzahl von unkonfektionierten Materiallagen für den Vakuumaufbau sowie eine Fügevorrichtung auf, die zum lageweisen Zusammenfügen von Materiallagen, die von der Materialbereitstellungseinrichtung der Fügevorrichtung zugeführt werden, zu einem vorkonfektionierten Vakuumaufbau eingerichtet ist. Mittels einer Schneidvorrichtung, die Bestandteil der Anlage ist, wird vor, während oder nach dem Zusammenfügen der Materiallagen in Abhängigkeit von vorgegebenen Geometriedaten die Materiallagen konfektioniert, bspw. durch Zuschnitt einer vorgegebenen Geometrie. Die Anlage weist eine Drapiervorrichtung auf, die zum Erzeugen einer Materialfalte in den zusammengefügten Materiallagen ausgebildet ist, indem zwei Materiallagenabschnitte, welche die spätere Materialfalte bilden, durch die Drapiervorrichtung aneinandergelegt werden, wobei die Drapiervorrichtung eine Verschweißeinrichtung aufweist, die zum Verschweißen der zusammengelegten Materiallagenabschnitte an den Rändern ausgebildet ist, wobei die Verschweißeinrichtung zwei diametral gegenüberliegende und relativ zueinander bewegbar gelagerte Schenkel aufweist, zwischen denen die zwei Materiallagenabschnitte diametral gegenüberliegend so einbringbar sind, dass durch Zusammenführen der Schenkel die Materiallagenabschnitte an den Rändern zusammengedrückt und verschweißt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
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So kann die Fügevorrichtung bspw. eine oder mehrere Umlenkrollen zum Zusammenfügen der Materiallagen aufweisen, wobei die Anlage so ausgebildet ist, dass von der Materialbereitstellungseinrichtung die Materiallagen zu einer Umlenkrolle geführt werden, wobei die Materiallagen dann durch die Umlenkrolle zusammengefügt werden. Dies kann bspw. kaskadenartig erfolgen, indem mehrere Umlenkrollen jeweils zwei oder mehrere unterschiedliche Materiallagen zusammenfügen und diese mehreren so zusammengefügten Materiallagen dann zu einem Vakuumaufbau zusammengefügt werden.
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Die Schneidvorrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass sie direkt auf den Umlenkrollen schneidet, wodurch eine möglichst kompakte und platzsparende Anlage möglich wird.
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Die vorgegebenen Geometriedaten lassen sich bspw. in Abhängigkeit von Formwerkzeug- und/oder Bauteilgeometriedaten ermitteln.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Darstellung der Prozesskette für die automatisierte Herstellung des Vakuumaufbaus;
- 2 schematische Darstellung einer Anlage zur automatisierten Herstellung eines Vakuumaufbaus;
- 3 schematische Darstellung einer Faltenherstellung.
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1 zeigt die gesamte Prozesskette für die automatisierte Herstellung eines Vakuumaufbaus. In einem ersten Schritt werden die digitalen Geometriedaten 10 für die Herstellung des Vakuumaufbaus bereitgestellt, wobei die digitalen Geometriedaten insbesondere die Konfektionierung der einzelnen Materiallagen enthält. Die digitalen Geometriedaten können bspw. aus Bauteildaten 11, Formwerkzeugdaten 12 und/oder aus Eigenschaften bzgl. der herzustellenden Vakuumaufbaus 13 selbst erzeugt werden.
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Im zweiten Schritt erfolgt die Materialbereitstellung 20, mit der die für den Vakuumaufbau benötigten Materiallagen insbesondere bahnförmig bereitgestellt werden.
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Im nächsten Schritt 30 werden die einzelnen Materiallagen paketweise zusammengefügt, sodass sich mehrere Materiallagenpakete 31, 32 und 33 mit jeweils unterschiedlichen Materiallagen ergeben. Dies ist bspw. dann erforderlich, wenn verschiedene Materiallagen unterschiedliche Konfektionierungen benötigen.
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Die jeweils unterschiedlichen Materiallagenpakete 31, 32 und 33 werden dann in einem vierten Schritt 40 mittels der Schneidvorrichtung konfektioniert, sodass sich ein konfektioniertes erstes Paket 41, ein konfektioniertes zweites Paket 42 und ein konfektioniertes drittes Paket 43 ergibt. Im Anschluss daran werden die einzelnen vorkonfektionierten Pakete 41, 42, 43 in einer Gesamtfügeoperation 50 zu einem Gesamtpaket zusammengefügt, sodass zumindest hinsichtlich der Abmessungen ein vorkonfektionierter Vakuumaufbau hergestellt wurde.
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Der so vorkonfektionierte Vakuumaufbau bzw. die einzeln zusammengefügten Materiallagen werden dann gegebenenfalls einer Drapiervorrichtung zugeführt, um so in einem weiteren Schritt 60 Materialfalten in das Gesamtpaket einfügen zu können. Bei der Faltenherstellung im Schritt 60 werden die Materialfalten an den Rändern verschweißt, insbesondere mittels Folienschweißens, sodass der Vakuumaufbau auch an den Rändern der Materialfalten vakuumdicht verschlossen ist.
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In einem optionalen weiteren Prozessschritt 70 kann dann bspw. ein Siegelband aufgetragen werden, um so den vorkonfektionierten Vakuumaufbau zu komplettieren. Anschließend wird im letzten Schritt 80 der fertig hergestellte vorkonfektionierte Vakuumaufbau aufgerollt bzw. aufgewickelt, sodass es bspw. transportfähig ist.
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2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Anlage 100, mit der automatisiert ein Vakuumaufbau für die Herstellung von Faserverbundbauteilen hergestellt werden kann. Das Ausführungsbeispiel der 2 ist ähnlich als Beispiel bzgl. der Materialwahl anzusehen. Die Anlage 100 weist zunächst eine Materialbereitstellungseinrichtung 110 auf, mit der die verschiedenen Materiallagen M1 bis M4 bereitgestellt werden können. Hierzu weist die Materialbereitstellungseinrichtung 110 für jede Materiallage M1 bis M4 eine Materialrolle 111, 112, 113 und 114 auf, mit der die jeweilige Materiallage M1 bis M4 bereitgestellt wird.
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So kann die Materiallage M1, bereitgestellt durch die Materialrolle 111, bspw. die Vakuumfolie sein, während die Materiallage M2, die durch die Materialrolle 112 bereitgestellt wird, ein Saugvlies ist. Die Materiallage M3 kann bspw. eine Trennfolie sein, während die Materiallage M4 bspw. ein Abreißgewebe bereitstellt.
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Die unkonfektionierten Materiallagen M1 bis M4 werden nun einer Fügevorrichtung 120 zugeführt, bei der mit Hilfe von Rollenpaaren 121 und 122 die Materiallagen jeweils paketweise zusammengefügt werden. So wird im Ausführungsbeispiel der 2 die Materiallage M1 und M2 über ein erstes Rollenpaar 121 zusammengefügt, sodass sich ein Materiallagenpaket M12 ergibt, während die Materiallagen M3 und M4 mittels eines zweiten Rollenpaares 122 zu einem Materiallagenpaket M23 zusammengefügt werden.
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Das Materiallagenpaket M12 besteht somit aus einer Vakuumfolie und einem Saugvlies in zusammengeführter Weise, während das Materiallagenpaket M23 die Trennfolie sowie ein Abreißgewebe aufweist.
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Die Fügevorrichtung kann des Weiteren eine Klebstoffauftrageinrichtung 130 aufweisen, die an zumindest einer Seite einer Materiallage, in diesem Falle der Materiallage M1, einen Klebstoff aufbringt, sodass die Materiallage M1 mit der Materiallage M2 lokal fixiert werden kann.
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Mittels eines dritten Rollenpaares 123 werden dann die Materiallagenpakete M12 und M23 zusammengefügt, sodass sich hieraus die vollständig zusammengeführten Materiallagen in Form eines unkonfektionierten Vakuumaufbaus ergeben. Anschließend wird dieses vollständig zusammengeführte Materiallagenpaket einer Schneidvorrichtung 140 zugeführt, die ausgebildet ist, auf einer Umlenkrolle 141 das Materiallagenpaket bestehend aus den vier Materiallagen M1 bis M4 zu konfektionieren.
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Denkbar ist auch, dass an jedem Rollenpaar 121 oder 122 bzw. vor den jeweiligen Rollenpaaren die Schneidvorrichtung 140 angeordnet ist, sodass jede Materiallage M1 bis M4 vor dem Zusammenfügen entsprechend konfektioniert wird. Denkbar ist auch, dass die Schneidvorrichtung 140 nach den ersten und zweiten Rollenpaaren 121, 122, jedoch vor dem dritten Rollenpaar 123 angeordnet ist, sodass die einzelnen Materiallagenpakete M1/2 und M2/3 einzeln konfektioniert werden. Dies ist dann wichtig, wenn die einzelnen Hilfsstoffe bzw. Materiallager M1 bis M4 unterschiedliche Größen haben müssen.
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An die Schneidvorrichtung 140 der Anlage 100 anschließend befindet sich die Drapiervorrichtung 150, mit der Materialfalten in den nunmehr vorkonfektionierten Vakuumaufbau eingebracht werden können, wobei die Materialfalten an den Rändern verschweißt werden. In 3 wird die Funktionsweise der Verschweißeinrichtung 155 näher erläutert. Die Drapiervorrichtung 150 kann in einer Ausführungsform bspw. derart ausgebildet sein, dass Rillen vorgesehen sind, in die das Materiallagenpaket hineingezogen oder hineingedrückt wird, um so das Materiallagenpaket aus seiner flächigen Ebene heraus zu verformen. Dies kann bspw. in Art eines vakuumgestützten Tiefziehverfahrens erfolgen. Denkbar ist aber auch, dass Umlenkelemente vorgesehen sind, die die Materiallagen so umformen, dass eine Materialfalte entsteht, bei der die beiden Materiallagenabschnitte aneinandergelegt sind.
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Nach dem Einbringen etwaiger Materialfalten durch die Drapiervorrichtung 150 wird dann schließlich der so automatisiert hergestellte Vakuumaufbau auf einer Rolle 160 aufgerollt und ist somit transportfähig.
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Darüber hinaus ist es denkbar, dass eine weitere Materiallage ein Vakuumdichtband ist, das an den Rändern des vorkonfektionierten Vakuumaufbaus, vorzugsweise an die Vakuumfolie, angebracht wird. Hierdurch wird es möglich, den Vakuumdichtbandauftrag automatisch durchzuführen. Vorteilhafter Weise würde dies zwischen der Drapiervorrichtung 150 und der Aufrolleinrichtung 160 erfolgen. Schematisch ist dies mit einer Materiallagenbereitstellung 115 dargestellt, die ein Vakuumdichtband als Materiallage M5 einbringt.
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Die Integration einer Onlineleckagedetektion bei den eingebrachten Falten ist ebenfalls möglich. Die Überprüfung der Geometriegenauigkeit kann bspw. durch verschiedene nicht dargestellte Kamerasysteme mit einer Onlinegeometrieerfassung erfolgen. Der durch die Klebstoffeinrichtung 130 aufgebrachte Klebstoff kann bspw. durch eine oder mehrere Düsen aufgebracht werden, wobei die Aushärtung des Klebstoffes durch eine Infraroteinheit unterstützt werden kann.
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Darüber hinaus ist zu Beginn des Prozessschrittes der Drapierung im Bereich der Drapiervorrichtung 150 eine Onlineerfassung der Position bspw. durch Laserlichtschnittsensoren oder CCD Kamerasysteme möglich, um so eine automatisierte Einstellung der Drapiervorrichtung 150 zu gewährleisten.
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3 zeigt schematisch die Verschweißeinrichtung 155, mit der die Materialfalte im Randbereich verschweißt werden kann. Hierfür weist die Verschweißeinrichtung 155 zwei relativ zueinander beweglich gelagerte Schenkel 151 und 152 auf, die diametral gegenüberliegend angeordnet sind. In dem Zwischenraum zwischen den beiden Schenkeln 151 und 152 wird dann die Materialfalte mit den beiden Materiallagenabschnitten A und B eingebracht, wie dies auf der linken Seite der 3 gezeigt ist.
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Anschließend werden die beiden Schenkel 151 und 152 aufeinander zu bewegt, wodurch die beiden Materiallagenabschnitte A und B zusammengepresst werden. Dies ist auf der rechten Seite der 3 gezeigt. Die beiden Materiallagenabschnitte A und B bilden somit eine aneinandergelegte Materialfalte.
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Die Verschweißeinrichtung 155 weist eine thermische Energieeinheit 153 auf, die beim Zusammenpressen der beiden Materiallagenabschnitte A und B aktiviert wird, so dass thermische Energie in den Randbereich der Materialfalte eingebracht wird. Hierdurch wird der Randbereich der Materialfalte verschweißt, so dass die gesamte Materialfalte vakuumdicht verschlossen ist (mit Ausnahme des Bereiches, in den das abstehende Element in die Materialfalte eingefügt werden soll).
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Anlage
- 110
- Materialbereitstellungseinrichtung
- 111 bis 115
- Materiallagenrollen
- M1 bis M5
- Materiallagen
- 120
- Fügevorrichtung
- 121
- erstes Rollenpaar
- 122
- zweites Rollenpaar
- 123
- drittes Rollenpaar
- 130
- Klebstoffauftrageinrichtung
- 140
- Schneidvorrichtung
- 141
- Umlenkrolle
- 150
- Drapiervorrichtung
- 151, 152
- Schenkel
- 153
- thermische Einheit
- 155
- Verschweißeinrichtung
- 160
- Aufrolleinrichtung
