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Die Erfindung betrifft eine Anlage sowie ein Verfahren hierzu zur Herstellung eines Fasergelegeaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils.
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Faserverbundwerkstoffe sind aus der Luft- und Raumfahrt heute nicht mehr wegzudenken. Insbesondere kritische Strukturelemente werden aufgrund der hohen gewichtsspezifischen Festigkeit und Steifigkeit des Werkstoffes, bei minimalem Gewicht, aus faserverstärkten Kunststoffen gefertigt. Dabei kommen neben trockenen Faserhalbzeugen auch sogenannte Prepregs zum Einsatz, bei denen die Fasern bereits mit einem Matrixmaterial vorimprägniert sind. Durch die aus der Faserorientierung resultierenden anisotropen Eigenschaften der Faserverbundwerkstoffe können Bauteil exakter an lokale Belastungen angepasst werden und ermöglichen so eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus.
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Durch die Forderung nach immer höheren Stückzahlen sowie den hohen qualitativen Ansprüchen an die Qualität der Bauteile bei zunehmender Komplexität der Bauteilgeometrie wird der gesamte Herstellungsprozess zunehmend automatisiert. Hierbei werden in der Regel ortsgebundene Anlagen verwendet, bei denen die Fasern mit Hilfe eines beweglichen Endeffektors auf ein feststehendes Werkzeug abgelegt werden.
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So werden in der industriellen Fertigung von großen Luftfahrtstrukturen wie Flügel, Rumpfschalen und Seitenleitwerke zumeist große ortsgebundene Portalanlagen verwendet, bei denen der Endeffektor zum Ablegen der Fasern an einer verfahrbaren Brücke montiert ist. Durch die verschiedenen Achsen des Endeffektors und der Portalanlage kann Material auf mehrfach gekrümmte Konturen abgelegt werden.
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Aus der
DE 10 2010 015 027 B4 ist darüber hinaus eine Faserlegeanlage bekannt, bei der um ein feststehendes Formwerkzeug ein Schienensystem angeordnet ist, auf dem mehrere Roboter um das Werkzeug herum verfahrbar vorgesehen sind. Die einzelnen Roboter weisen als Endeffektor einen Ablegekopf auf, mit dem Fasern auf dem in der Mitte des Schienensystems angeordneten Formwerkzeug abgelegt werden können.
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Aus der
US 2014/0165337 A1 ist eine Faserlegemaschine bekannt, die einen Faserablegekopf hat, der eine Anpressrolle aufweist, die um ihre Achse drehbar angeordnet ist. Die Ablegerolle ist dabei segmentiert ausgebildet, wobei der Ablegekopf mit einer übergeordneten Anlage kinematisch verbunden ist, um ihn zu bewegen.
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Aufgrund der Verfahrbarkeit der Robotereinheiten auf dem Schienensystem können auch große Bauteilstrukturen hergestellt werden, wobei aufgrund der Mehrzahl von Robotern die Effektivität des Ablegeprozesses deutlich erhöht werden kann.
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Sowohl bei den Portalanlagen als auch bei den robotergestützten Ablegeprozessen hat sich jedoch als nachteilig herausgestellt, dass derartige Anlagen einen enormen Platzbedarf benötigen, die eine große Hallenfläche und aufgrund der großen Masse spezielle Fundamente erfordern. Dies führt letztlich zu hohen Investitionskosten bei der Planung und Ausführung der Fertigungshallen. Des Weiteren sind die aus dem Stand der Technik bekannten Fertigungsanlagen aufgrund der Vielzahl an mechanischen und elektrischen Komponenten in der Anschaffung sehr kostenintensiv.
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Ein weiterer Nachteil besteht in den recht beschränkten alternativen Anwendungsmöglichkeiten derartiger Anlagen. So ist es in der Regel nur mit hohem finanziellem Aufwand möglich, eine bereits bestehende Fertigungsanlage an sich ändernde Bauteilgeometrien anzupassen, insbesondere dann, wenn das dafür vorgesehene Formwerkzeug nicht mehr den Abmessungen des Fundamentes und somit des Arbeitsraumes entspricht.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Fertigungsanlage zur Herstellung eines Fasergelegeaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils anzugeben, bei der die Investitionskosten bei der Planung und Ausführung der Anlage verringert werden können und darüber hinaus eine größtmögliche Flexibilität bzgl. der herzustellenden Bauteilgeometrie erreicht werden kann.
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Die Aufgabe wird mit der Fertigungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 7 erfindungsgemäß gelöst.
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Gemäß Anspruch 1 wird eine Fertigungsanlage zur Herstellung eines Fasergelegeaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, die ein Werkzeug hat, das eine formgebende Werkzeugoberfläche zur Herstellung des Faserlegeaufbaus aufweist. Die formgebende Werkzeugoberfläche des Werkzeuges ist dabei derjenige Bereich, auf dem insbesondere das Fasermaterial abgelegt und darüber hinaus gegebenenfalls weitere Elemente, Bauteile oder Hilfsstoffe zur Herstellung eines Vakuumaufbaus, wie bspw. eine Vakuumfolie, Trennvlies oder Siegelband, aufgebracht wird. Die formgebende Werkzeugoberfläche weist dabei meist eine Geometrie auf, die der späteren Bauteilgeometrie zumindest teilweise entspricht.
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Im einfachsten Fall besteht der herzustellende Faserlegeaufbau lediglich aus den abzulegenden Fasermaterialien (trocken oder vorimprägniert), was insbesondere bei der Verwendung von geschlossenen Formwerkzeugen der Fall ist. Bei großen Bauteilgeometrien wird jedoch meist eine sogenannte „Open-Mould” Technologie verwendet, bei der die Fasermaterialien einerseits auf einem Formwerkzeug abgelegt und andererseits mit einer Vakuumfolie luftdicht verschlossen werden, sodass der Bereich unter der Vakuumfolie, der die Fasern beinhaltet, evakuierbar ist und somit das Matrixmaterial zum späteren Zeitpunkt injiziert werden kann. Der Faserlegeaufbau kann somit nicht nur aus dem reinen Fasermaterial bestehen, sondern bevorzugter Weise auch weitere Hilfsstoffe wie Trennvlies, Abreißgewebe, Vakuumfolie oder Siegelband, aufweisen und somit den vollständigen Vakuumaufbau einschließlich der Fasern beinhalten. Nicht selten werden in die Fasern auch Sensoren und/oder Aktoren eingearbeitet, um bspw. Schwingungen detektieren oder Verformungen erzeugen zu können. Der Faserlegeaufbau kann somit neben den Fasermaterialien auch in das Fasermaterial eingebrachte Sensoren und/oder Aktoren beinhalten. Der Faserlegeaufbau kann somit aus dem Fasergelege einerseits und weiteren Hilfsstoffen wie beispielsweise Hilfsstoffen für den Vakuumaufbau oder Sensoren/Aktoren andererseits bestehen.
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Unter einem Faserlegeaufbau im Sinne der vorliegenden Erfindung wird somit zumindest das abgelegte Fasermaterial verstanden. Vorteilhafter Weise wird unter dem Faserlegeaufbau aber auch das Fasermaterial zusammen mit weiteren Elemente und/oder weiteren Hilfsstoffen zum Bilden eines Vakuumaufbaus verstanden.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die formgebende Werkzeugoberfläche befahrbar ausgebildet ist und dass mindestens eine mobile Robotereinheit vorgesehen ist, die zum Befahren der formgebenden Werkzeugoberfläche ausgebildet und zur Durchführung zumindest eines Herstellungsschrittes bei der Herstellung eines Faserlegeaufbaus eingerichtet ist. Hierfür weist die mobile Robotereinheit eine Bewegungseinheit auf, die zum Befahren der formgebenden Werkzeugoberfläche ausgebildet ist, bspw. mittels Räder und/oder Walzen und/oder anderen Radelementen, die zum Befahren einer Fläche vorgesehen sind. Unter dem Befahren der formgebenden Werkzeugoberfläche durch die mobile Robotereinheit mittels der Bewegungseinheit wird insbesondere verstanden, dass sich die mobile Robotereinheit kontaktbehaftet auf der formgebenden Werkzeugoberfläche oder darauf abgelegten Materialien bewegt.
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Die mobile Robotereinheit ist dabei nicht Bestandteil einer übergeordneten Bewegungsanlage, wie bspw. einer Portalanlage oder eines Industrieroboters und ist mit einem solchen Anlagenelement auch nicht verbunden. Vielmehr ist die mobile Robotereinheit mittels der Bewegungseinheit derart ausgebildet, dass sie selbstständig und autark, ohne mit einem übergeordneten Anlagenelement kinematisch verbunden zu sein, auf der formgebenden Werkzeugoberfläche sich bewegt bzw. fährt. Die Robotereinheit und insbesondere das Arbeitsmodul sind nicht mit einem ortsfesten Fundament verbunden, sondern lediglich mit den Radelementen mit der Werkzeugoberfläche verbunden.
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Darüber hinaus weist die mobile Robotereinheit ein Arbeitsmodul auf, das zur Durchführung eines Herstellungsschrittes bei der Herstellung des Faserlegeaufbaus ausgebildet ist, wenn die mobile Robotereinheit auf der formgebenden Werkzeugoberfläche bewegt wird. Ein solcher Herstellungsschritt bei der Herstellung eines Fasergelegeaufbaus kann dabei das Ablegen der Fasern bzw. des Fasermaterials auf der formgebenden Werkzeugoberfläche sein, das Einbringen von Aktoren und/oder Sensoren in abgelegtes Fasermaterial, das Aufbringen von Hilfsstoffen zur Herstellung eines Vakuumaufbaus sowie eine Qualitätssicherung durch Sensieren der abgelegten Fasermaterialien sein. Die Aufzählung ist nur beispielhaft zu verstehen. Es können darüber hinaus auch noch weitere Herstellungsschritte notwendig sein, um ein Fasergelegeaufbau mit den notwendigen Schichten und Lagen herzustellen. Aus dem Fasergelegeaufbau wird dann anschließend durch Aushärtung des injizierten Matrixmaterials das Faserverbundbauteils hergestellt.
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Mittels der vorliegenden Erfindung wird somit insbesondere bei großen Anlageflächen der Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Fertigungsanlagen kompensiert, da nunmehr der für die Durchführung des jeweiligen Herstellungsschrittes notwendige Endeffektor sich direkt, selbstständig und autark auf dem Formwerkzeug bewegt, ohne dass hierfür industrielle Robotereinheiten am Rand des Formwerkzeugs sowie große Portalanlagen notwendig sind. Hierdurch können die Investitionskosten bei der Herstellung derartiger Fertigungsanlagen reduziert sowie eine bereits installierte Anlage durch einfaches Ändern der formgebenden Werkzeugoberfläche an neue Bauteilgeometrien angepasst werden. Die hohen Investitions- bzw. Baukosten für die sonst notwendigen Fundamente der Großanlage entfallen hierbei gänzlich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind mehrere unterschiedliche Arbeitsmethoden vorgesehen, die zur Durchführung jeweils unterschiedlicher Herstellungsschritte bei der Herstellung des Faserlegeaufbaus ausgebildet sind, wobei die mobile Robotereinheit zum Austausch eines Arbeitsmodules zur Durchführung eines ersten Herstellungsschrittes gegen ein anderes Arbeitsmodul zur Durchführung eines von dem ersten Herstellungsschritt verschiedenen zweiten Herstellungsschrittes ausgebildet ist. Hierdurch wird es möglich, mit Hilfe ein und derselben mobilen Robotereinheit verschiedene Herstellungsschritte durchzuführen, indem nach Durchführung des ersten Herstellungsschrittes mittels des ersten Arbeitsmoduls dieses Arbeitsmodul von der Robotereinheit entfernt und gegen ein zweites Arbeitsmodul zur Durchführung des zweiten Herstellungsschrittes ausgetauscht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Arbeitsmodul ein Faserablegemodul sein, das zum Ablegen von Fasermaterial auf der formgebenden Werkzeugoberfläche zur Herstellung eines Fasergeleges des Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist. Ein derartiges Faserlegemodul weist dabei zumindest eine Anpressrolle oder Anpresseinheit auf, mit der das abzulegende Fasermaterial auf die formgebende Werkzeugoberfläche angedrückt werden kann, wenn die mobile Robotereinheit über die formgebende Werkzeugoberfläche gefahren wird. So kann während des Befahrens der formgebenden Werkzeugoberfläche Fasermaterial mittels des Faserablegemoduls abgelegt werden. Um eine größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten, kann das Faserablegemodul das benötigte Fasermaterial mit sich führen. Denkbar ist aber auch, dass das Fasermaterial über eine externe Zuleitung zugeführt wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Arbeitsmodul ein Hilfsstoffaufbringmodul, das zum Aufbringen von Hilfsstoffen auf ein Fasergelege zur Herstellung eines Vakuumaufbaus des Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist. Derartige Hilfsstoffe können bspw. Vakuumfolien, Trennvlies, Abreißgewebe, Fließhilfen und/oder Siegelbänder sein. Denkbar ist auch, dass die Hilfsstoffe in Form von Hilfsstoffpaketen, die aus mehreren Lagen verschiedener Hilfsstoffe aufgebaut sind, mit Hilfe des Hilfsstoffaufbringmoduls aufgebracht werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Arbeitsmodul ein Applikationsmodul sein, das zum Applizieren von Sensoren und/oder Aktoren in das Fasergelege des Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist. Auch hierbei wird die mobile Robotereinheit mittels der Bewegungseinheit auf der formgebenden Werkzeugoberfläche gefahren, wobei mit Hilfe des Applikationsmoduls dann während des Befahrens der formgebenden Werkzeugoberfläche die Aktoren oder Sensoren in das Fasergelege appliziert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Arbeitsmodul ein Qualitätssicherungsmodul sein, das zum Überprüfen der Qualität des Fasergelegeaufbaus ausgebildet ist. Ein derartiges Qualitätssicherungsmodul kann bspw. Infrarot-, Laserlichtschnitt- und/oder Wirbelstromsensoren aufweisen, mit deren Hilfe dann die abgelegten Fasermaterialien bzw. das hergestellte Fasergelege hinsichtlich der Faserausrichtung, Faserorientierung sowie anderen Qualitätsmerkmalen untersucht werden. Auch hierbei erfolgt die Überprüfung der Qualität der abgelegten Fasern bzw. des gesamten Fasergelegeaufbaus beim Befahren der formgebenden Werkzeugoberfläche durch die mobile Robotereinheit.
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So kann ein derartiges Qualitätssicherungsmodul auch so ausgebildet sein, dass es zum Überprüfen der Qualität von Hilfsstoffen, wie beispielsweise Vakuumaufbauten oder Sensoren/Aktoren, eingerichtet ist. Mit der Überprüfung der Qualität des Faserlegeaufbaus mittels des Qualitätssicherungsmoduls ist somit nicht nur gemeint, dass das Qualitätssicherungsmodul zum Überprüfen des Fasergeleges bzw. des Fasermaterials eingerichtet ist, sondern dass das Qualitätssicherungsmodul auch zum Überprüfen der Qualität weiterer Hilfsstoffe, die zusammen den gesamten Faserlegeaufbau bilden, eingerichtet ist. Somit lässt sich vollständig automatisiert nicht nur die Qualität der abgelegten Fasermaterialien überprüfen, sondern der gesamte Vakuumaufbau einschließlich der Hilfsstoffe.
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Unter dem Überprüfen der Qualität des Faserlegeaufbaus wird insbesondere verstanden, dass die jeweils zu überprüfenden Bereiche hinsichtlich ihrer Parameter innerhalb der vorgegebenen Randbedingungen liegen. So ist es meist wünschenswert, dass Fasermaterialien entsprechende Ausrichtungen aufweisen, keine Lücken zwischen den Fasermaterialien entstehen sowie dass die Hilfsstoffe an sich vollständig ausgebracht und ein Vakuumaufbau insbesondere luftdicht ist und keine Leckagen aufweist.
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Um insbesondere beim Ablegen von Fasermaterial während des Befahrens der formgebenden Werkzeugoberfläche die notwendige Anpresskraft sicherzustellen, ist in einer vorteilhaften Ausführungsform eine Magneteinheit vorgesehen, die zum Erzeugen eines Magnetfeldes ausgebildet ist. Das dabei erzeugte Magnetfeld wirkt mit dem Werkzeug und/oder der mobilen Robotereinheit derart zusammen, dass eine Anpresskraft auf die mobile Robotereinheit in Richtung des Werkzeuges wirkt. So ist es bspw. denkbar, dass die Magneteinheit auf der mobilen Robotereinheit angeordnet ist, wobei das Werkzeug magnetisch ausgeführt ist, sodass aufgrund des erzeugten Magnetfeldes die mobile Robotereinheit auf das Werkzeug gedrückt wird. Denkbar ist aber auch, dass die Magnetfeldeinheit Teil des Werkzeuges ist und die mobile Robotereinheit magnetisch ausgeführt ist, sodass die mobile Robotereinheit auf das Werkzeug gedrückt wird.
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Hierdurch wird es nicht nur möglich, die für das Ablegen der Fasern oder anderer Elemente oder Hilfsstoffe notwendige Anpresskraft sicherzustellen, sondern auch, dass die mobile Robotereinheit auch auf stark gekrümmten Oberfläche fahren kann, insbesondere derart, dass bis nahezu senkrechte Flächen befahren werden können.
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Beim Befahren von gekrümmten Oberflächen durch die Robotereinheit ist es darüber hinaus denkbar, dass die Anpresskraft an die aktuelle Lage bedingt durch die Krümmung der Oberfläche angepasst wird. So kann die Robotereinheit beispielsweise mit einem Lagesensor verbunden sein, der permanent die Lage der Robotereinheit gegenüber dem Erdlot ermittelt. Je stärker nun die Abweichung vom Erdlot, desto größer wird die durch die Magneten erzeugte Anpresskraft der Robotereinheit gesteuert, um so sicherzustellen, dass die Robotereinheit auch an sehr steil gekrümmten Oberflächen fahren kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Fertigungsanlage eine oder mehrere Lasereinheiten auf, die zum Erzeugen eines Laserstrahls in Richtung einer auf der formgebenden Werkzeugoberfläche fahrenden mobilen Robotereinheit zur kabellosen Energieversorgung eingerichtet ist. Die mobile Robotereinheit weist hierzu einen Energieempfänger auf, der zum Umwandeln der in den empfangenen Laserstrahlen enthaltenen Lichtenergie in elektrische Energie zur elektrischen Energieversorgung der mobilen Robotereinheit ausgebildet ist. Hierdurch wird es möglich, dass die mobile Robotereinheit energetisch vollständig autark auf der formgebenden Werkzeugoberfläche gefahren werden kann, ohne dass hierfür große Energiespeicher mitgeführt werden müssen. Durch das Bestrahlen des Energieempfängers an der mobilen Robotereinheit mittels Laserstrahlen kann somit elektrische Energie kabellos an die mobile Robotereinheit übertragen werden, wobei darüber hinaus bei einer entsprechenden Anordnung der Lasereinheiten mittels Triangulation ebenfalls eine hochgenaue Positionsermittlung der mobilen Robotereinheit in Bezug auf die formgebende Werkzeugoberfläche möglich wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist die Lasereinheit zum Nachführen des Laserstrahls auf den Energieempfänger in der mobilen Robotereinheit ausgebildet, sodass sich die mobile Robotereinheit völlig autark auf dem formgebenden Werkzeug bewegen kann.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage;
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2 schematische Darstellung einer mobilen Robotereinheit;
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3 schematische Darstellung der kabellosen Energieversorgung.
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1 zeigt schematisch die Fertigungsanlage 1, die zur Herstellung eines Fasergelegeaufbaus für die Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen ist. Die Fertigungsanlage 1 weist ein Werkzeug 2 auf, das eine formgebende Werkzeugoberfläche 3 hat. Die formgebende Werkzeugoberfläche 3 des Werkzeuges 2 weist dabei zumindest teilweise oder auch vollständig die spätere Bauteilgeometrie auf, sodass Fasermaterialien, die auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 abgelegt werden, die Form des späteren Bauteils annehmen können.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 befinden sich auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 mobile Robotereinheiten 4, welche die formgebende Werkzeugoberfläche 3 autark und selbstständig befahren. Hierfür haben die mobilen Robotereinheiten 4 Kontakt mit der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 bzw. darauf abgelegten Materialien und können sich mittels einer noch näher erläuterten Bewegungseinheit selbstständig auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 des Werkzeuges 2 bewegen.
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Die mobilen Robotereinheiten 4 sind insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass sie nicht Teil einer kinematischen Kette einer Roboteranlage (Knickarmroboter, Industrieroboter, Portalanlagen) sind, sondern sich selbstständig und unabhängig auf der Werkzeugoberfläche 3 bewegen können.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 sind zwei mobile Robotereinheiten 4 gezeigt, die kooperativ ihre jeweilige Herstellungsaufgabe durchführen. Dies kann bspw. das Ablegen von Fasermaterial 5 sein, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.
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In 2 ist schematisch eine mobile Robotereinheit 10 dargestellt, die eine Bewegungseinheit 11 hat, mit der die mobile Robotereinheit 10 auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 fahren kann. Hierfür weist die Bewegungseinheit 11 der mobilen Robotereinheit 10 Radelemente 12 auf, die zum Befahren einer Oberfläche geeignet sind. So kann die Bewegungseinheit 11 bspw. angetriebene Radsätze nach dem Omnimove-Prinzip der Firma Kuka aufweisen, die eine freie Richtungsänderung ermöglichen. Radelemente 12 können somit rad- und/oder walzenförmige Fortbewegungselemente sein.
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Darüber hinaus weist die mobile Robotereinheit 10 ein Arbeitsmodul 13 auf, das jeweils eine Herstellungsaufgabe eines Herstellungsschrittes durchführen kann. Die mobile Robotereinheit 10 ist dabei derart ausgebildet, dass die Arbeitsmodule 13 modulartig aufgebaut sind und somit gegen andere Arbeitsmodule ausgetauscht werden können, um so die mobile Robotereinheiten 10 an die jeweilige Arbeitsaufgabe anpassen zu können.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das Arbeitsmodul 13 als Faserablegemodul 14 ausgebildet, das einen Materialspeicher 15 und eine Anpressrolle 16 aufweist. Der Materialspeicher 15 fördert dabei Fasermaterial 5 in Richtung der Anpressrolle 16, sodass das Fasermaterial 5 auf der formgebenden Werkzeugoberfläche 3 abgelegt werden kann, wenn sich die mobile Robotereinheit 10 über die formgebende Werkzeugoberfläche 3 bewegt.
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Das Faserablegemodul 14 kann dabei ein oder mehrere Fasermaterialrollen aufweisen, die horizontal oder vertikal montiert sind. Über verschiedene Umlenkrollen wird das Material in eine Klemm-, Schneid- und Fördereinheit geführt. Von dieser Einheit aus wird dann das Fasermaterial 5 auf die schwenkbare/kippbare Anpressrolle 16 geleitet. Durch das Schwenken bzw. Kippen der Anpressrolle 16 ist es möglich, dass das Fasermaterial bidirektional abgelegt werden kann.
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Um die benötigte Anpresskraft zum Ablegen der Fasermaterialien 5 zu gewährleisten, ist eine Magneteinheit 17 vorgesehen, die mittels Permanent- oder Elektromagneten ein elektrisches Magnetfeld erzeugen kann. Dieses elektrische Magnetfeld wirkt dabei mit dem Formwerkzeug derart zusammen, dass die mobile Robotereinheit auf die formgebende Werkzeugoberfläche 3 gedrückt wird. Werden bspw. Elektromagneten verwendet, so lässt sich an der eingestellten Spannung die Anpresskraft variieren. Ebenfalls ermöglicht das magnetische Anpressprinzip der mobilen Robotereinheit 10, dass diese auf nahezu senkrechten Flächen fahren kann. Diese Situation stellt sich bspw. bei der Ablage von Fasern auf Rumpfschalenwerkzeugen ein.
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Denkbar ist allerdings auch, dass die benötigte Anpresskraft durch einen Hydraulik- bzw. Pneumatikstempel erzeugt wird, der die Robotereinheit auf das Formwerkzeug drückt. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Werkzeugoberfläche gegenüberliegend eine Abstützfläche vorgesehen ist, an die der Hydraulik- bzw. Pneumatikstempel angedrückt wird, wobei der Hydraulik- bzw. Pneumatikstempel auf der Robotereinheit selber angeordnet ist, sodass die Robotereinheit dann auf die formgebende Werkzeugoberfläche gedrückt wird.
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3 zeigt schematisch die berührungslose bzw. kabellose Energieversorgung der mobilen Robotereinheit 10. Um zu verhindern, dass die mobile Robotereinheit 10 schwere Energiespeicher mit sich führen muss, weist die Anlage mehrere Lasereinheiten 20 auf, die jeweils einen gerichteten Laserstrahl 21 in Richtung der mobilen Robotereinheit 10 aussenden. An der mobilen Robotereinheit 10 befindet sich ein Energieempfänger 22, bspw. in Form einer Solarzelle, welche die in den Laserstrahlen 21 enthaltene Lichtenergie in elektrische Energie zur elektrischen Stromversorgung der mobilen Robotereinheit 10 umwandelt. Zum Ausgleich von möglichen Energieschwankungen sowie Peilverlusten ist es denkbar, dass zusätzlich ein kleiner Akkumulator in der mobilen Robotereinheit 10 verbaut ist.
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Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung mehrerer Hochleistungslaser 20 die Erfassung der absoluten Koordinaten der mobilen Robotereinheit 10 im Raum, bspw. mit Hilfe einer Triangulation. Dadurch weiß die mobile Robotereinheit 10 sehr genau, wo sie sich auf dem Werkzeug befindet, sodass neben einer mobilen Robotereinheit 10 auch mehrere Robotereinheiten auf ein und derselben Werkzeugoberfläche fahren können.
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Zur Ablage von Fasern auf dem Werkzeug wird zu Beginn die Position im Raum erfasst. Anschließend wird diese an die Ablegeeinheit weitergeleitet und diese fahren selbstständig auf das Werkzeug. Um mit der Ablage zu beginnen, muss die Anpressrolle an der Einheit abgesenkt und zum Ausgleich von Werkzeugkrümmungen gegebenenfalls bedruckdruckt werden. Anschließend fährt die Einheit entsprechend den vorgegebenen Daten die zur Erstellung des Bauteils notwendigen Bahnen ab. Sowohl die Energieversorgung als auch die Bestimmung der absoluten Position erfolgt dabei über die Hochleistungslaser.
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Denkbar ist hier eine Referenzierung auf dem Formwerkzeug, um globale ortsunabhängige Koordinaten verwenden zu können.
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Nach Ablage der Fasern kann das Faserablegemodul ausgetauscht werden, bspw. durch ein Applikationsmodul oder ein Hilfsstoffaufbringmodul. Schließlich kann nach Fertigstellung auch ein Qualitätssicherungsmodul verwendet werden, um die Qualität des Fasergelegeaufbaus zu überprüfen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungsanlage
- 2
- Werkzeug
- 3
- Formgebende Werkzeugoberfläche
- 4
- Mobile Robotereinheit
- 5
- Fasermaterial
- 10
- mobile Robotereinheit
- 11
- Bewegungseinheit
- 12
- Radelement
- 13
- Arbeitsmodul
- 14
- Faserablegemodul
- 15
- Faserspeicher
- 16
- Anpressrolle
- 17
- Magneteinheit
- 20
- Lasereinheit
- 21
- Laserstrahl
- 22
- Energieempfänger
