-
Die Erfindung betrifft einen Faserlegekopf zum Legen von dem Faserlegekopf mit einer vorgegebenen Zugkraft zugeführten Faserendlosmaterial auf einem Formwerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils nach dem Oberberiff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ebenso eine Anlage mit einem Roboter und einem solchen Faserlegekopf hierzu nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils mit einem Faserlegekopf.
-
Aus der
DE 10 2010 015 027 B4 ist eine Anlage zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, wobei Roboter auf einem Schienensystem geführt werden, das umlaufend um ein Formwerkzeug vorgesehen ist. Als Endeffektoren sind an den Robotern Faserlegeköpfe angeordnet, mit denen das Faserendlosmaterial oder Quasiendlosmaterial auf das Formwerkzeug gedrückt und kontinuierlich abgelegt werden kann. Das Faserendlosmaterial wird in einem Faserspeicher bzw. Fasermagazin vorgehalten, wobei der Faserspeicher gegenüber dem im Raum frei bewegbaren Faserlegekopf ortsfest ist. Über eine Zuführeinrichtung, die entlang der kinematischen Kette des Knickarmroboters verläuft, wird das Faserendlosmaterial von dem Faserspeicher entlang der kinematischen Kette bis zum Faserlegekopf gefördert.
-
Ein solcher Faserlegekopf weist in der Regel eine Faserlegeeinheit auf, die beispielsweise in Form einer Andruckrolle bzw. Anpressrolle ausgebildet ist. Das abzulegende Faserendlosmaterial wird dabei an die Faserlegeeinheit so geführt, dass das Faserendlosmaterial zwischen dem Formwerkzeug und der Faserlegeeinheit geführt wird und somit auf das Formwerkzeug gedrückt.
-
Um bei einer relativen Bewegung des Faserlegekopfes gegenüber dem feststehenden Fasermagazin zu hohe Zugkräfte bzw. Materiallose in dem Fasermagazin oder der Zuführvorrichtung zu vermeiden, wird in der Praxis häufig ein Tänzersystem in dem Fasermagazin vorgesehen, bei dem mithilfe von Gewichten eine vorgegebene Zugspannung eingestellt und eine Relativbewegung ausgeglichen werden kann. Somit entsteht ein freibewegbarer Materialvorrat, der mithilfe der Gewichte unter einer vorgegebenen Zugspannung gehalten wird. Ein solches Tänzersystem ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 107 039 A1 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist im Übrigen auch bekannt, dass zwischen Faserlegekopf und Faserspeicher eine Zugkraftreduziereinrichtung angeordnet werden kann, um die Zugkraft während des Transports entlang der kinematischen Kette des Roboters zu reduzieren.
-
Dabei hat es sich durchaus als vorteilhaft herausgestellt, wenn eine möglichst hohe Zugkraft eingestellt wird, da hierdurch der Ablegeprozess insgesamt deutlich prozesssicherer gestaltet werden kann. Eine zu hohe Zugkraft ist allerdings im Hinblick auf das Ablegen der Fasern auf dem Formwerkzeug dann nachteilig, wenn die eingestellte Zugkraft die Adhäsionskraft des Fasermaterials auf dem Formwerkzeug übersteigt und somit während des Andrückens des Fasermaterials auf das Formwerkzeug mithilfe der Ablegeeinheit des Faserlegekopfes das Fasermaterial verrutscht, gar beschädigt wird oder eine Ablage des Fasermaterials nicht gewährleistet werden kann.
-
Aus der
WO 2015/079127 A1 ist ein Faserlegekopf zum Ablegen von Fasermaterial bekannt, wobei mit Hilfe von Schneidmitteln das Fasermaterial durchtrennt und mit Hilfe von Vorschubrollen das Fasermaterial wieder gefördert werden soll.
-
Aus der
DE 10 2012 007 439 A1 ist ein Legekopf zum Ablegen von Fasermaterial zur Herstellung eines Faserverbundbauteils bekannt, bei dem mit Hilfe von Düsen Klebstoff während des Ablegens der Fasermaterialien aufgebracht werden kann.
-
Aus der
DE 3226290 A1 ist des Weiteren ein Faserlegekopf bekannt, bei der mit Hilfe von Druckluft das Fasermaterial während des Ablegens auf die formgegebene Werkzeugoberfläche gepresst wird.
-
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit der trotz eingestellter hoher Zugkraft dennoch das Fasermaterial prozesssicher auf das Formwerkzeug abgelegt werden kann.
-
Die Aufgabe wird mit dem Faserlegekopf gemäß Anspruch 1, der Anlage gemäß Anspruch 8 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 11 erfindungsgemäß gelöst.
-
Gemäß Anspruch 1 wird ein Faserlegekopf zum Legen von dem Faserlegekopf mit einer vorgegebenen Zugkraft zugeführtem Faserendlosmaterial auf einem Formwerkzeug zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgeschlagen, wobei der Faserlegekopf zum Anordnen an einen Handhabungsautomaten vorgesehen ist. Ein Handhabungsautomat im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Bewegungsvorrichtung, mit der sich der Faserlegekopf frei im Raum bewegen lässt, vorzugsweise in alle drei Raumachsen. Gattungsgemäß weist der Faserlegekopf eine Faserablegeeinheit auf, um das dem Faserlegekopf zugeführte Faserendlosmaterial auf dem Formwerkzeug abzulegen. Hierdurch wird das dem Faserlegekopf zugeführte Faserendlosmaterial so an die Faserlegeeinheit des Faserlegekopfes geführt, dass das Faserendlosmaterial zwischen Formwerkzeug und Faserlegeeinheit läuft und entsprechend auf das Formwerkzeug gedrückt werden kann.
-
Unter einem Faserendlosmaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung wird ein faden- oder bandförmiges Fasermaterial verstanden, das in Form eines Quasiendlosmaterials beispielsweise auf Materialspulen aufgewickelt ist und in dem Faserspeicher vorgehalten wird. Unter einem Faserendlosmaterial wird dabei nicht verstanden, dass das Material tatsächlich im mathematischen Sinne endlos ist, sondern eine in Bezug auf die Ausdehnung des Querschnitts enorme Länge aufweist. Insbesondere werden unter dem Faserendlosmaterial keine Fasermatten oder sonstige kurze Faserhalbzeuge verstanden.
-
Erfindungsgemäß ist nun eine Zugkraftreduzierungseinrichtung vorgesehen, die in oder an dem Faserlegekopf direkt angeordnet ist, um so die Zugkraft des dem Faserlegekopf zugeführten Faserendlosmaterials vor dem Ablegen des Faserendlosmaterial auf dem Formwerkzeug zu reduzieren. Die Zugkraftreduzierungseinrichtung weist hierfür einen zylindrischen Körper auf, der mittels eines Motors in eine Drehbewegung versetzt werden kann, wobei die Drehrichtung in Förderrichtung vorgesehen ist und hierdurch der Transport des Faserendlosmaterials in Förderrichtung unterstützt wird, wenn das Faserendlosmaterial an der äußeren Oberfläche bzw. Mantelfläche des zylindrischen Körpers anliegt. Durch die Drehbewegung in Förderrichtung wird somit eine Vorschubkraft in Förderrichtung auf das anliegende Faserendlosmaterial aufgebracht, wodurch die Zugkraft vor dem Ablegen des Faserendlosmaterials auf dem Formwerkzeug reduziert oder gänzlich minimiert wird.
-
Erfindungsgemäß ist der zylindrische Körper der Zugkraftreduzierungseinrichtung so ausgebildet, dass er eine durch den Motor drehbar antreibbare Welle aufweist, auf der ein oder mehrerer Mantelkörper angeordnet sind, die die äußere Oberfläche des zylindrischen Körpers der Zugkraftreduzierungseinrichtung bilden, auf der dann später das Faserendlosmaterial zur Reduzierung der Zugkraft anliegt. Die zylindrischen Mantelkörper sind dabei drehbar auf der Welle gelagert, so dass sich der oder die zylindrischen Mantelkörper relativ zu der drehbar antreibbaren Welle drehen können.
-
Wird die Innenseite der zylindrischen Mantelkörper mit der Außenseite der Welle kontaktiert und wird die Welle drehbar angetrieben, so werden die zylindrischen Mantelkörper je nach Kontaktierungskraft zwischen der Innenseite der Mantelkörper und der Außenseite der Welle ebenfalls drehbar angetrieben, wobei in Abhängigkeit der Kontaktierungskraft die durch die zylindrischen Mantelkörper hervorgerufene Vorschubkraft zur Reduzierung der Zugkraft definiert wird.
-
So ist es beispielsweise denkbar, dass im unkontaktierten Zustand, d.h. kein Faserendlosmaterial liegt an der Außenseite der zylindrischen Mantelkörper an, die zylindrischen Mantelkörper mithilfe einer Magnetkraft von der drehbar antreibbaren Welle abgestoßen werden, so dass die zylindrischen Mantelkörper mit ihrer Innenseite nicht die drehbar antreibbare Welle kontaktieren. Erst bei Kontaktieren des Faserendlosmaterials und Aufbringen einer entsprechenden Zugkraft auf das Faserendlosmaterial wird die abstoßende Magnetkraft überwunden und die zylindrischen Mantelkörper kontaktieren die drehbar antreibbare Welle, wodurch eine entsprechende Vorschubkraft generiert wird, sofern durch die Anpresskraft die Gleitreibung in Haftreibung übergeht.
-
Hierdurch wird es möglich, in dem Fasermagazin eine hohe Zugkraft bzw. Zugspannung auf das Faserendlosmaterial aufzubringen, ohne dass der Prozess dadurch unsicher wird, da vor dem Ablegen des Fasermaterials in dem Faserlegekopf die Zugkraft weitestgehend so reduziert bzw. minimiert wird, dass der tatsächliche Ablegeprozess durch die Ablegeeinheit selber prozesssicher abläuft. Insbesondere kann hierdurch das Verrutschen oder Beschädigen des Fasermaterials auf dem Formwerkzeug vermieden werden, ohne dass auf eine entsprechende Zugkraft während des Transports oder innerhalb des Fasermagazins verzichtet werden muss.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Zugkraftreduzierungseinrichtung von der Faserlegeeinheit des Faserlegekopfes verschieden, so dass es sich hierbei um zwei getrennte Einrichtungen bzw. Einheiten handelt. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Zugkraftreduzierungseinrichtung am Faserlegekopf dort angeordnet ist, wo das Faserendlosmaterial in den Faserlegekopf eingeführt wird, d.h. wo der Übergang von der Faserführungseinrichtung bzw. Faserzuführeinrichtung in den Faserlegekopf übergeht. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Zugspannung innerhalb des Faserlegekopfes weitestgehend aufgehoben ist und nur durch die entsprechenden Umlenkrollen und im eigentlichen Ablegeprozess selber bestimmt wird.
-
In einer alternativen Ausführungsform ist es allerdings auch denkbar, wenn die Zugkraftreduzierungseinrichtung durch die Ablegeeinheit selber gebildet wird, so dass die Ablegeeinheit und die Zugkraftreduzierungseinheit das Gleiche sind. Hierdurch verbleibt zwar die vorgegebene Zugkraft, die beispielsweise durch ein entsprechendes Zugkraftsystem im Faserspeicher definiert sein kann, innerhalb des Faserlegekopfes bis zumindest an die Faserlegeeinheit bestehen. Allerdings kann der technische Aufbau des Faserlegekopfes hierdurch vereinfacht werden.
-
Es ist ganz besonders vorteilhaft, wenn die zylindrischen Mantelkörper auf der Welle radial bewegbar bzw. radial verschiebbar angeordnet sind, so dass je nach angelegter Zugkraft eine entsprechende Vorschubkraft generiert wird.
-
Die Reibpaarung zwischen der drehbar angetriebenen Welle und der Innenfläche der Mantelkörper muss soweit vorhanden sein, dass ein Vorschub generiert wird, wenn die Innenfläche der Mantelkörper auf die Außenfläche der Welle gedrückt wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, um dementsprechende negative Effekte zu minimieren, die Reibfläche zwischen der Außenfläche der Welle und der Innenfläche der Mantelkörper zu vergrößern. Dies lässt sich zum einen dadurch realisieren, dass der Mantelkörper deutlich breiter wird im Vergleich zur Breite des Fasermaterials (Verlängerung der Reiblinie) oder aber mindestens einer der beiden Reibpartner biegeschlaff ausgeführt wird und sich somit eine Reibfläche einstellt (Vergrößerung der Reibfläche in Umfangsrichtung). Ein biegeschlaffes Verhalten lässt sich über dünnwandige bzw. weiche Wellenaußenflächen realisieren.
-
Demnach ist es ganz besonders vorteilhaft, wenn die Außenfläche der Welle und/oder die Innenfläche der Mantelkörper ein elastomeres Material aufweist, wodurch die Mantelkörper zum einen radial bewegbar auf der Welle ausgeführt sind und zum anderen je nach Anpresskraft der Mantelkörper auf das elastomere Material die entsprechende Vorschubkraft erzeugt wird.
-
Dabei gilt, dass je größer die Anpresskraft der Mantelkörper auf die Welle ist, desto größer die Reibung zwischen Mantelkörper und Welle und desto größer auch die durch die Drehbewegung der Welle erzeugte Vorschubkraft. Die Anpresskraft der Mantelkörper auf die Welle wird dabei durch die Zugkraft des anliegenden Fasermaterials erzeugt, wobei die Anpresskraft desto größer ist, umso größer die auf das Fasermaterial wirkende Zugkraft ist.
-
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die drehbar angetriebene Welle mit einer höheren Geschwindigkeit dreht, als die Fördergeschwindigkeit derart, dass vermieden wird, dass die Innenfläche der Mantelkörper und die Außenfläche der Welle von einer Gleitreibung in eine Haftreibung übergeht, wenn die Anpresskraft in Richtung Welle vergrößert wird. Hierdurch lassen sich die beim Übergang von der Haftreibung in die Gleitreibung und andersherum auftretenden Schwingungserscheinungen eliminieren, was sich vorteilhaft auf die Prozessqualität auswirkt.
-
Demnach variiert die Vorschubkraft in Abhängigkeit der Zugkraft, die auf das Faserendlosmaterial wirkt, da die Zugkraft proportional zu der Anpresskraft der Mantelkörper auf die Welle ist. Denn je größer die Zugkraft ist, desto größer muss die Vorschubkraft sein, um das Faserendlosmaterial von möglichen Zugkräften zu reduzieren bzw. freizustellen.
-
Vorteilhafterweise sind der oder die zylindrischen Mantelkörper, die auf der Welle gelagert sind, hinsichtlich ihrer axialen Position fixiert oder eingeschränkt, sodass das Faserendlosmaterial keine axialen Querkräfte durch die Zugkraftreduzierungseinrichtung erfährt. Hierdurch können Beschädigungen des Faserendlosmaterials während des Transports bzw. der Förderung vermieden werden.
-
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einer Anlage gemäß Anspruch 8 zur Herstellung eines Fasergeleges für die Herstellung eines Faserverbundbauteils gelöst, wobei die Anlage einen Handhabungsautomaten aufweist, an dem als Endeffektor ein Faserlegekopf vorgesehen ist. Die Anlage weist des Weiteren gattungsgemäß einen Faserspeicher bzw. ein Fasermagazin auf, in dem das Faserendlosmaterial gespeichert und für das Ablegen auf einem Formwerkzeug mittels des Faserlegekopfes bereitgestellt wird. Zwischen dem Faserlegekopf und dem in der Regel feststehenden Faserspeicher bzw. Fasermagazin ist eine Faserführungsvorrichtung vorgesehen, die das Faserendlosmaterial prozesssicher von dem Faserspeicher zu dem frei bewegbaren Faserlegekopf transportieren soll. Insbesondere wird durch die Faserführungsvorrichtung die sich durch die Bewegung des Faserlegekopfes ergebende permanente Entfernungsveränderung zu dem Faserspeicher unter anderem mit ausgeglichen (zumindest teilweise). Erfindungsgemäß ist nun ein Faserlegekopf mit einer Zugkraftreduzierungseinrichtung wie vorstehend beschrieben vorgesehen, sodass das Faserendlosmaterial auf dem Formwerkzeug prozesssicher abgelegt werden kann.
-
Der Handhabungsautomat kann vorteilhafterweise ein Knickarmroboter sein, beispielsweise ein Industrieroboter mit mindestens drei, vorzugsweise sechs Gelenkachsen, sodass der Faserlegekopf völlig frei im Raum bewegbar ist.
-
Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit einem Verfahren gemäß Anspruch 11 zur Herstellung eines Faserverbundbauteils gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.
-
Im Übrigen wird unter einem Fasermaterial im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, das zur Herstellung eines Faserverbundbauteils vorgesehen und hergerichtet ist. Ein solches Fasermaterial kann beispielsweise trockenes oder vorimprägniertes Fasermaterial sein. Demnach bildet das Fasermaterial bezüglich der vorliegenden Erfindung einen Teil oder vollständig ein Faserverbundwerkstoff, der in der Regel aus einem Fasermaterial in Verbindung mit einem Matrixmaterial gebildet wird, wobei das Faserverbundbauteil durch Aushärten des infundierten Matrixmaterials hergestellt wird.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1 schematische Darstellung einer Anlage mit dem erfindungsgemäßen Faserlegekopf;
- 2 schematische Darstellung des Wirkprinzips der Zugkraftreduzierungseinrichtung.
-
1 zeigt schematisch eine Anlage 10, mit der auf einem Formwerkzeug 11 ein Fasermaterial 12 abgelegt werden kann. Das Fasermaterial 12, das auf dem Formwerkzeug 11 abgelegt wird, bildet nach dem Ablegen ein Fasergelege bzw. eine Faserpreform, die dann durch Aushärten eines in das Fasermaterial infundierten Matrixmaterials zu einem Faserverbundbauteil hergestellt werden kann.
-
Das Faserendlosmaterial 12 ist dabei in einem in Bezug auf einen bewegbaren Faserlegekopf feststehenden Fasermagazin 13 gespeichert und wird dort für den Ablegeprozess vorgehalten und bereitgestellt. Ein solches Fasermagazin 13 weist in der Regel eine Vielzahl von bandförmigen Faserendlosmaterialien 12 auf, die auf Spulen 14 aufgewickelt sind. Der Einfachheit halber ist im Ausführungsbeispiel der 1 allerdings nur ein einzelner Strang eines Faserendlosmaterials 12 gezeigt und die Vielzahl von nebeneinander existierenden Faserendlosmaterialien nur angedeutet.
-
Die Anlage 10 weist des Weiteren einen Handhabungsautomaten 15 auf, der im Ausführungsbeispiel der 1 in Form eines Knickarmroboters ausgebildet ist. Als Endeffektor ist an dem Handhabungsautomaten 15 ein Faserlegekopf 16 vorgesehen, der zum Ablegen des Faserendlosmaterials 12 auf dem Formwerkzeug 11 ausgebildet ist. Zwischen dem feststehenden Fasermagazin 13 und dem frei im Raum bewegbaren Faserlegekopf 16 ist eine Faserzuführvorrichtung 17 vorgesehen, die das Faserendlosmaterial 12 von dem Fasermagazin 13 bis zu dem frei bewegbaren Faserlegekopf 16 prozesssicher transportiert.
-
In dem Fasermagazin 13 ist des Weiteren ein Tänzersystem 18 vorgesehen, das dazu vorgesehen ist, bei Bewegungen des Faserlegekopfes 16 entstehende materiallose oder Materialbedarf auszugleichen, um so eventuelle Belastungen auf das Faserendlosmaterial 12 zu vermeiden. Hierfür sind Gewichte vorgesehen, die das Faserendlosmaterial schlaufenartig nach unten ziehen und so das Faserendlosmaterial unter einer Zugspannung halten. Es hat sich gezeigt, dass mit einer sehr hoch angelegten Zugspannung auch innerhalb der Faserzuführvorrichtung 17 Beschädigungen des Faserendlosmaterials 12 beim Transport durch die Faserzuführvorrichtung 17 verringert werden können.
-
Alternativ zu einem Tänzersystem ist es auch denkbar, dass die Spulen, auf denen das Fasermaterial aufgewickelt ist, mit einer Rückstellkraft beaufschlagt werden, sodass das Fasermaterial bei entsprechenden Materiallosen auf die Spulen rückgespult wird. Dies kann bspw. durch ein zur Förderrichtung angelegtes negatives Drehmoment der Spulenantriebe realisiert werden, wodurch gleichzeitig auch eine entsprechende Zugkraft realisierbar ist.
-
Das Tänzersystem bzw. das Rückspulen des Fasermaterials hat dabei die Aufgabe, nicht nur Materiallose aufzufangen, sondern auch die dynamischen Bewegungen wie bspw. beim Starten, Abbremsen während der Ablage zu kompensieren. Andernfalls müsste jeder Motor einer Materialspule zu jedem Zeitpunkt der Ablage genau wissen, wie viel Material benötigt wird und diese dann abspulen. Aufgrund der verzögerten Reaktion eines Motors durch Erfassung und Verarbeitung der Daten ist dies jedoch nur bedingt möglich.
-
Die Faserzuführvorrichtung 17 kann beispielsweise schlauch- oder röhrenförmig ausgebildet sein, so dass das Faserendlosmaterial 12 im Inneren geschützt ist. Denkbar ist aber auch eine Art Gliederkette, bei der einzelne bewegbare Glieder vorgesehen sind, an denen entlang das Faserendlosmaterial geführt wird. Die Faserzuführvorrichtung 17 ist dabei nicht nur für den sicheren Transport des Faserendlosmaterials 12 zum Faserlegekopf 16 vorgesehen, sondern soll insbesondere auch eine relative Entfernungsveränderung zwischen Faserlegekopf und Fasermagazin 13 beim Bewegen des Faserlegekopfes 16 ausgleichen, was beispielsweise dadurch geschehen kann, dass die Faserzuführvorrichtung 17 flexibel ausgebildet ist und immer eine gleichbleibende Transport- bzw. Förderentfernung beibehält.
-
Erfindungsgemäß ist nun am Faserlegekopf 16 eine Zugkraftreduzierungseinrichtung vorgesehen, an der das Faserendlosmaterial 12 entlang geführt wird und die auf das Faserendlosmaterial 12 eine Vorschubkraft aufbringt, wodurch das Faserendlosmaterial 12a, das in Förderrichtung nach der Zugkraftreduzierungseinrichtung 20 durch den Faserlegekopf 16 läuft, von entsprechenden Zugkräften, die beispielsweise im Fasermagazin 13 zum prozesssicheren Transport bis hin zum Faserlegekopf 16 aufgebracht wird, freigestellt wird. Die nunmehr auf das Faserendlosmaterial 12a wirkender Zugkräfte werden lediglich durch die in dem Faserlegekopf 16 enthaltenen Umlenkrollen und dem Ablegeprozess selber bedingt.
-
2 zeigt schematisch die Zugkraftreduzierungseinrichtung 20 in einer Querschnittdarstellung. Die Zugkraftreduzierungseinrichtung 20 weist zunächst einen zylindrischen Körper 21 auf, an dessen äußeren Umfang das Faserendlosmaterial 12 abschnittsweise anliegt. Der zylindrische Körper 21 weist hierbei eine drehbar antreibbare Welle 22 auf, wobei die Drehbewegung in Förderrichtung R erfolgt. An ihrem äußeren Umfang weist die drehbar antreibbare Welle 22 ein elastomeres Material 23 auf, das bei einem radialen Druck in Richtung der Welle 22 nachgiebig ausgebildet ist. Am äußeren Umfang des elastomeren Materials 23 sind nun zylindrische Mantelkörper 24 gelagert, die gegenüber der Welle 22 und dem elastomeren Material 23 drehbar gelagert sind. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das elastomere Material 23 dabei fest an der Welle 22 angeordnet und ist somit nicht gegenüber der Welle 22 drehbar gelagert, sodass auch davon gesprochen werden kann, dass das elastomere Material 23 Bestandteil der Welle 22 ist.
-
Auf das Faserendlosmaterial 12 wirkt nun eine Zugkraft Fz entgegengesetzt der Förderrichtung R, was dazu führt, dass in dem Abschnitt, wo das Faserendlosmaterial 12 die äußere Oberfläche der zylindrischen Mantelkörper 24 kontaktiert, eine Anpresskraft FA in Richtung der Welle 22 wirkt. Es ist offensichtlich, dass je größer die Zugkraft Fz ist, desto größer ist auch die Anpresskraft FA .
-
Die Welle 22 wird nun drehbar angetrieben, sodass sie in eine Drehbewegung versetzt wird. Wirkt nun die Anpresskraft FA durch das Fasermaterial 12 auf die zylindrischen Mantelkörper 24, so werden die zylindrischen Mantelkörper 24 auf das elastomere Material 23 der Welle 22 mit der Anpresskraft FA gedrückt. Hierdurch werden die zylindrischen Mantelkörper 24 aufgrund der Reibungskraft zwischen zylindrischen Mantelkörper 24 und dem elastomeren Material 23 ebenfalls drehbar angetrieben, sodass eine Vorschubkraft Fv auf das Faserendlosmaterial 12 aufgebracht wird.
-
Dabei gilt, dass je größer die Zugkraft Fz ist, desto größer ist die Anpresskraft FA , wodurch die Vorschubkraft Fv umso größer ist.
-
Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass bei einer Anpresskraft FA , die geringer ist als diejenige Kraft, die notwendig ist, damit die zylindrischen Mantelkörper von einer Gleitreibung in die Haftreibung an dem elastomeren Material 23 übergehen, keine Vorschubkraft Fv erzeugt wird, da entsprechend keine Kraftübertragung von der drehbaren Welle 22 hin zu den zylindrischen Mantelkörper 24 vorliegt.
-
Dabei ist es vorteilhaft, wenn im Prozess selber die Einstellung einer Haftreibung vermieden wird, da sich dies möglicherweise negativ auf die Prozessqualität auswirken kann. Daher wird die Geschwindigkeit der angetriebenen Welle 22 so eingestellt, dass sie stets höher ist als die Fördergeschwindigkeit des Fasermaterials, womit immer eine Gleitreibung eingestellt ist. Je nach Anpresskraft FA , die von der Zugkraft Fz abhängig ist, wird die Gleitreibung zwischen der drehbar angetriebenen Welle 22 und den zylindrischen Mantelkörper 24 größer oder kleiner, wodurch die Vorschubkraft Fv entsprechend eingestellt wird und das Fasermaterial entsprechend von den Zugkräften freigestellt werden kann.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Anlage
- 11
- Formwerkzeug
- 12, 12a
- Fasermaterial
- 13
- Fasermagazin
- 14
- Faserspulen
- 15
- Roboter/Handhabungsautomat
- 16
- Faserlegekopf
- 17
- Faserzuführvorrichtung
- 18
- Tänzersystem
- 20
- Zugkraftreduzierungseinrichtung
- 21
- zylindrischer Körper
- 22
- Welle
- 23
- elastomeres Material
- 24
- zylindrischer Mantelkörper
