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Die Erfindung betrifft eine stationäre Einrichtung zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere trockener Faserhalbzeuge bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Industrieanlage zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen.
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Aus der
GB 2507080 A ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Verbundwerkstoff mit Substrat- und Matrixmaterial unter Druck- und Temperatureinwirkung umgeformt wird, um ein gewünschtes Profil zu erreichen. Dabei werden ein Ablagewerkzeug mit einer konturierten Werkzeugoberfläche und ein anpassbares Werkzeug mit einer Haube, einer flexiblen Druckplatte mit gesonderten Plattenabschnitten und dazwischen angeordneten Verbindungsabschnitten, einer Heizanordnung und Aktuatoren verwendet.
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Aus der
DE 10 2013 208 778 A1 ist eine Einrichtung bekannt zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen von textilen Strukturen mit zwei winklig verkreuzten Fasersystemen, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei die Einrichtung eine Gitterstruktur mit einem ersten Stabsystem mit ersten parallelen Stäben und einem zweiten Stabsystem mit zweiten parallelen Stäben aufweist, wobei das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem zueinander winklig verkreuzt angeordnet und rhombusartig oder parallelogrammartig verschiebbar sind. Die aus der
DE 10 2013 208 778 A1 bekannte Einrichtung ist als Endeffektor eines Industrieroboters nutzbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Einrichtung baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Industrieanlage baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer stationären Einrichtung zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere trockener Faserhalbzeuge bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei die Einrichtung eine Basis, ein verstellbares Aufnahmemodul für textile Konfektionsteile, einen ersten Linearaktuator und mehrere zweite Linearaktuatoren zum Verstellen des Aufnahmemoduls aufweist, wobei der erste Linearaktuator mit der Basis und mit dem Aufnahmemodul fest verbunden ist und die zweiten Linearaktuatoren mit der Basis und mit dem Aufnahmemodul jeweils gelenkig verbunden sind.
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Die Einrichtung dient zur stationären Verwendung. Die Einrichtung kann fest oder lösbar an einem Boden anordenbar sein. Die Einrichtung kann zur Verwendung mit einem Industrieroboter dienen. Die Einrichtung kann zur Verwendung mit einer Handhabungseinrichtung dienen.
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Das Umformen kann zum Anpassen textiler Konfektionsteile an eine Oberfläche eines Formwerkzeugs oder an weitere textile Konfektionsteile, die an dem Formwerkzeug angeordnet sind, erfolgen.
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Das textile Konfektionsteil kann als Gewebe, Gewirk, Gestrick, Geflecht oder Nähgewirke vorliegen. Das textile Konfektionsteil kann organische Fasern, wie Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyester-Fasern, Nylon-Fasern, Polyethylen-Fasern, Plexiglas-Fasern, und/oder anorganische Fasern, wie Basaltfasern, Borfasern, Glasfasern, Keramikfasern, Kieselsäurefasern, aufweisen. Die Fasern können Filamente aufweisen. Die Filamente können zu einem Roving zusammengefasst sein. Das textile Konfektionsteil kann ein Faserhalbzeug sein. Das textile Konfektionsteil kann ein trockenes Faserhalbzeug sein. Das textile Konfektionsteil kann biegeschlaff sein. Das textile Konfektionsteil kann ein Zuschnitt sein. Ein Konfektionieren kann ein Zuschneiden, Zusammensetzen und/oder Fügen, wie Kleben, Schweißen und/oder Nähen, umfassen. Das textile Konfektionsteil kann ein erstes Fasersystem und ein zweites Fasersystem aufweisen. Das erste Fasersystem und das zweite Fasersystem können zueinander winklig verkreuzt angeordnet sein. Das erste Fasersystem und das zweite Fasersystem können zueinander zumindest annähernd rechtwinklig verkreuzt sein.
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Ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann ein Fahrzeugbauteil sein. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, Kraftfahrzeug, Luftfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Raumfahrzeug sein.
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Ein textiles Konfektionsteil kann zur Einbettung in einer Matrixkomponente dienen. Die Matrixkomponente kann eine thermoplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS), Polysulfon (PSU), Polyetherimid (PEI) und/oder Polytetrafluorethen (PTFE) aufweisen. Die Matrixkomponente kann eine duroplastische Matrix aufweisen. Die Matrixkomponente kann Epoxidharz (EP), ungesättigtes Polyesterharz (UP), Vinylesterharz (VE), Phenol-Formaldehydharz (PF), Diallylphthalatharz (DAP), Methacrylatharz (MMA), Polyurethan (PUR) und/oder Aminoharze, wie Melaminharz (MF/MP) oder Harnstoffharz (UF), aufweisen. Die Matrixkomponente kann Benzoxaine aufweisen.
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Ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Laminierverfahren hergestellt werden. Ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Harzinjektionsverfahren hergestellt werden. Ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Vakuum-Infusionsverfahren hergestellt werden. Ein Faserverbundwerkstoff-Bauteil kann in einem Spritzpressverfahren, auch Resin Transfer Moulding (RTM), hergestellt werden.
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Die Basis kann zur bodenfesten Anordnung der Einrichtung dienen. Die Basis kann eine plattenartige Form aufweisen. Die Basis kann eine rahmenartige Form aufweisen. Die Basis kann eine gitterrahmenartige Form aufweisen. Die Basis kann aus Stahl hergestellt sein. Die Basis kann aus Stahlprofilen hergestellt sein.
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Das Aufnahmemodul kann plattenartig ausgeführt sein. Das Aufnahmemodul kann als Ablage für textile Konfektionsteile dienen. Das Aufnahmemodul kann eine viereckige Form aufweisen. Das Aufnahmemodul kann einen umlaufenden Rand aufweisen. Das Aufnahmemodul kann zwei sich in einem Schnittpunkt kreuzende neutrale Linien aufweisen. Die neutralen Linien können zu dem Rand parallel verlaufen. Die neutralen Linien können Mittellinien sein. Der Schnittpunkt kann zumindest annähernd mittig des Aufnahmemoduls angeordnet sein. Das Aufnahmemodul kann eine Gitterstruktur aufweisen. Die Gitterstruktur kann ein erstes Stabsystem aufweisen. Das erste Stabsystem kann parallele erste Stäbe aufweisen. Die Gitterstruktur kann ein zweites Stabsystem aufweisen. Das zweite Stabsystem kann parallele zweite Stäbe aufweisen. Das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem können zueinander verkreuzt angeordnet sein. Das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem können zueinander rhombusartig oder parallelogrammartig verschiebbar sind.
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Die ersten Stäbe können voneinander zumindest annähernd gleich weit beabstandet angeordnet sein. Die zweiten Stäbe können voneinander zumindest annähernd gleich weit beabstandet angeordnet sein. Ein Abstand zwischen den ersten Stäben kann einem Abstand der zweiten Stäbe zumindest annähernd entsprechen. Die Gitterstruktur kann in einer ebenen Stellung eine viereckige Form aufweisen. Die Gitterstruktur kann in einer ebenen Stellung eine rechteckige Form aufweisen. Die Gitterstruktur kann in einer ebenen Stellung eine balkenkreuzartige Form aufweisen.
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Die Stäbe können elastisch biegsam sein. Die Stäbe können zugfest sein. Die Stäbe können druckfest sein. Die Stäbe können jeweils einen flachen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Stäbe können jeweils aus einem biegeelastischen Kunststoff hergestellt sein. Der Kunststoff kann faserverstärkt sein. Bei nicht gebogenen Stäben kann die Gitterstruktur zumindest annähernd eben sein.
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Die ersten Stäbe und die zweiten Stäbe können an Knotenpunkten miteinander gelenkig verbunden sein. An den Knotenpunkten kann zwischen einem ersten Stab und einem zweiten Stab jeweils ein Gelenk angeordnet sein. Die Gelenke können Drehgelenke sein. Die Gelenke können jeweils einen Freiheitsgrad f=1 aufweisen.
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Die festen Verbindungen des ersten Linearaktuators mit der Basis und mit dem Aufnahmemodul können kippfeste Verbindungen sein. Die feste Verbindung des ersten Linearaktuators mit der Basis und/oder die feste Verbindung des ersten Linearaktuators mit dem Aufnahmemodul können/kann ein Drehen um eine Längsachse des ersten Linearaktuators erlauben. Die feste Verbindung des ersten Linearaktuators mit der Basis und/oder die feste Verbindung des ersten Linearaktuators mit dem Aufnahmemodul können/kann einen Freiheitsgrad f=1 aufweisen.
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Die gelenkigen Verbindungen der zweiten Linearaktuatoren mit der Basis und/oder die gelenkigen Verbindungen der zweiten Linearaktuatoren mit dem Aufnahmemodul können jeweils Kippverbindungen sein. Die gelenkigen Verbindungen der zweiten Linearaktuatoren mit der Basis und/oder die gelenkigen Verbindungen der zweiten Linearaktuatoren mit dem Aufnahmemodul können jeweils einen Freiheitsgrad f=3 aufweisen.
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Die zweiten Linearaktuatoren, die entlang der neutralen Linien angeordnet sind, können eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit aufweisen. Diese zweiten Linearaktuatoren können nur in einer durch die neutralen Linien gehenden Ebene verkippbar sein. Die gelenkigen Verbindungen dieser zweiten Linearaktuatoren mit der Basis und/oder die gelenkigen Verbindungen der zweiten Linearaktuatoren mit dem Aufnahmemodul können jeweils einen Freiheitsgrad f=2 aufweisen. Die Einschränkung der Bewegungsfreiheit kann mithilfe von Führungen und/oder Drehgelenken ausgeführt sein.
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Die Linearaktuatoren können rasterartig angeordnet sein. Der erste Linearaktuator kann mit dem Aufnahmemodul an dem Schnittpunkt der neutralen Linien verbunden sein. Der erste Linearaktuator kann zumindest annähernd mittig angeordnet sein. Die zweiten Linearaktuatoren können zwischen dem ersten Linearaktuator und dem Rand des Aufnahmemoduls angeordnet sein. Die Linearaktuatoren können jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Das erste Ende des ersten Linearaktuators kann mit der Basis fest verbunden sein. Das zweite Ende des ersten Linearaktuators kann mit einem Knoten fest verbunden sein. Der Knoten, mit dem das zweite Ende des ersten Linearaktuators fest verbunden ist, kann an dem Schnittpunkt der neutralen Linien angeordnet sein. Die ersten Enden der zweiten Linearaktuatoren können mit der Basis gelenkig verbunden sein. Die zweiten Enden der zweiten Linearaktuatoren können mit einem Knoten gelenkig verbunden sein. Die Linearaktuatoren können jeweils eine Längsachse aufweisen. Die Linearaktuatoren können dazu dienen, eine Kraft und/oder eine Bewegung in Erstreckungsrichtung der Längsachse zu erzeugen, um das Aufnahmemodul zu verstellen. Die Linearaktuatoren können elektrische, hydraulische und/oder pneumatische Aktuatoren sein. Die Linearaktuatoren können jeweils einen Zylinder und einen Kolben aufweisen. Der Kolben kann in dem Zylinder entlang der Längsachse verschiebbar geführt sein. Die zweiten Linearaktuatoren können mit dem Aufnahmemodul und/oder mit der Basis mithilfe eines Kugelgelenks verbunden sein. Die zweiten Linearaktuatoren können mit dem Aufnahmemodul und/oder mit der Basis mithilfe eines Kreuzgelenks verbunden sein.
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Der wenigstens eine Linearaktuator kann manuell und/oder automatisiert betätigbar sein. Die Einrichtung kann eine Vielzahl von Linearaktuatoren aufweisen. Die Linearaktuatoren können individuell und aufeinander abgestimmt betätigbar sein. Die Linearaktuatoren können mithilfe einer elektrischen Steuereinrichtung betätigbar sein.
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Das Aufnahmemodul kann ein Gewebe aufweisen. Das Gewebe kann ein erstes Fadensystem und ein zweites Fadensystem aufweisen. Das erste Fadensystem und das zweite Fadensystem können zueinander verkreuzt sein. Das Gewebe kann eine Aufnahmefläche des Aufnahmemoduls bilden. Das erste Fadensystem kann zu dem ersten Stabsystem der Gitterstruktur parallel angeordnet sein. Das zweite Fadensystem kann zu dem zweiten Stabsystem der Gitterstruktur parallel angeordnet sein. Das Gewebe kann mit der Gitterstruktur verbunden sein. Das Gewebe kann mit der Gitterstruktur fest verbunden sein. Das erste Fadensystem und das Fadensystem des Gewebes können zueinander zusammen mit dem ersten Stabsystem und dem zweiten Stabsystem der Gitterstruktur verschiebbar sein.
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Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einer Industrieanlage zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei die Industrieanlage eine derartige stationäre Einrichtung und einen Industrieroboter mit einem Effektor zum Aufnehmen, Handhaben und/oder Ablegen textiler Konfektionsteile aufweist.
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Die Industrieanlage kann eine technische Anlage sein. Die Industrieanlage kann mehrere Maschinen aufweisen. Die Maschinen können in räumlichem Zusammenhang planvoll zusammengestellt sein. Die Maschinen können funktional, steuerungstechnisch und/oder sicherheitstechnisch verknüpft sein. Die Industrieanlage kann eine Fertigungsanlage sein. Die Industrieanlage kann eine Produktionsanlage sein. Die Industrieanlage kann eine Bearbeitungsanlage sein. Die Industrieanlage kann dazu dienen, ein trockenes Faserhalbzeug herzustellen.
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Die Einrichtung zum Umformen textiler Konfektionsteile kann in einem Arbeitsbereich des Industrieroboters angeordnet sein. Die Industrieanlage kann ein Formwerkzeug zum Herstellen von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen aufweisen. Das Formwerkzeug kann in einem Arbeitsbereich des Industrieroboters angeordnet sein.
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Der Industrieroboter kann einen Manipulator aufweisen. Der Industrieroboter kann eine Steuereinrichtung aufweisen. Der Industrieroboter kann programmierbar sein.
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Der Effektor kann an dem Manipulator angeordnet sein. Der Effektor kann ein Endeffektor sein. Der Effektor kann ein Greifer sein. Der Effektor kann verstellbar sein. Der Effektor kann an eine Stellung des Aufnahmemoduls und/oder eines Konfektionsteils anpassbar sein. Der Effektor kann an eine ebene Stellung des Aufnahmemoduls und/oder eines Konfektionsteils anpassbar sein. Der Effektor kann an eine unebene Stellung des Aufnahmemoduls und/oder eines Konfektionsteils anpassbar sein. Die Einrichtung zum Umformen textiler Konfektionsteile kann mithilfe der Steuereinrichtung des Industrieroboters betätigbar sein. Mithilfe der Steuereinrichtung des Industrieroboters können der Industrieroboter und die Einrichtung zum Umformen textiler Konfektionsteile koordiniert betätigbar sein.
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Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei wenigstens ein Konfektionsteil mithilfe einer derartigen Einrichtung umgeformt wird.
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Zunächst kann das Aufnahmemodul in eine ebene Stellung verstellt werden. Nachfolgend kann das wenigstens eine Konfektionsteil auf dem ebenen Aufnahmemodul vorgegeben positioniert abgelegt werden. Nachfolgend kann das Aufnahmemodul mit dem wenigstens einen Konfektionsteil in eine vorgegebene unebene Stellung verstellt werden, um das wenigstens eine Konfektionsteil umzuformen.
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Zum Verstellen des Aufnahmemoduls kann zunächst der erste Linearaktuator und nachfolgend können fortlaufend benachbarte zweite Linearaktuatoren in eine vorgegebene Stellung verstellt werden. Dabei können zunächst die dem erste Linearaktuator benachbarten zweiten Linearaktuatoren und nachfolgend diesen benachbarte weitere zweite Linearaktuatoren, nachfolgend diesen benachbarte weitere zweite Linearaktuatoren usw. in eine vorgegebene Stellung verstellt werden, bis abschließend an dem Rand des Aufnahmemoduls angeordnete zweite Linearaktuatoren in eine vorgegebene Stellung verstellt werden.
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Außerdem wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zum Umformen textiler Konfektionsteile, insbesondere bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen, wobei wenigstens ein Konfektionsteil mithilfe einer derartigen Industrieanlage umgeformt wird.
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Zunächst kann das Aufnahmemodul in eine ebene Stellung verstellt werden. Nachfolgend kann das wenigstens eine Konfektionsteil auf dem ebenen Aufnahmemodul vorgegeben positioniert abgelegt werden. Nachfolgend kann das wenigstens eine Konfektionsteil gemäß des vorstehend beschriebenen Verfahren umgeformt werden. Nachfolgend kann das umgeformte Konfektionsteil mithilfe des Industrieroboters von dem Aufnahmemodul aufgenommen werden. Nachfolgend kann das umgeformte Konfektionsteil mithilfe des Industrieroboters an einem Formwerkzeug abgelegt werden.
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Wenn das Aufnahmemodul bereits in eine ebene Stellung verstellt ist kann ein Verstellen in eine ebene Stellung entfallen. Das Verfahren kann für ein einziges Konfektionsteil durchgeführt werden. Das Verfahren kann für mehrere Konfektionsteile gleichzeitig durchgeführt werden. Es können mehrere Konfektionsteile als Stapel auf dem ebenen Aufnahmemodul vorgegeben positioniert abgelegt werden. Es können mehrere Konfektionsteile auf dem ebenen Aufnahmemodul vorgegeben positioniert gestapelt werden. Das wenigstens eine Konfektionsteil kann mithilfe des Industrieroboters auf dem ebenen Aufnahmemodul vorgegeben positioniert abgelegt werden. Es können mehrere Konfektionsteile als Stapel umgeformt werden. Bei einer Herstellung eines Faserverbundwerkstoff-Bauteils können textile Konfektionsteile mehrlagig angeordnet werden. Ein Anlegen bzw. Anordnen textiler Konfektionsteile kann auch als Drapieren bezeichnet werden.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein definiertes Umformen von Halbzeugen von 2D auf 3D mit einer verformbaren Oberfläche. 2D-Zuschnitte können auf einer 2D-Oberfläche einem Greifwerkzeug zur Verfügung gestellt. Diese 2D-Oberfläche kann definiert und wiederholbar umformbar sein und dadurch zu einer 3D-Oberfläche werden.
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D.h. auch Zuschnitte auf einer 3D-Oberfläche können einem Greifwerkzeug zur Verfügung gestellt werden. Technische Textilien können sehr hohe Steifigkeit in Faserrichtung und geringe Schersteifigkeit zeigen, was bei der Umformung berücksichtigt werden soll. Die Tischoberfläche kann so gestaltet sein, dass eine Verscherung ermöglicht wird und elastische Dehnungen unterbleiben. Ein typisches textiles Umformverhalten kann damit nachempfunden werden, d.h. keine elastische Dehnung, nur Verscherung. Dies kann z.B. durch ein Maschengewebe oder eine Gitterstruktur erreicht werden. Die Umformung der Oberfläche kann eine definierte Verscherung eines Greifgutes, beispielsweise Zuschnitte, erzeugen. Dies kann erreicht werden durch ein Grundrahmenraster aus Biegestäben, dessen Knotenpunkte durch Hubelemente gehalten werden können. Durch Verstellen der Hubelemente kann eine 3D-Umformung des Grundrahmenrasters erreicht werden. Eine Verbindung zwischen Hubelement und Grundrahmenraster kann über ein Kugelgelenk, dessen Drehpunkt sehr nahe an einer Tischoberfläche und damit einer Umformfläche eines textilen Zuschnitts liegt, erfolgen. Die Tischoberfläche kann mit dem Grundrahmenraster über Kreuzgelenke verbunden sein und dessen 3D-Umformung folgen. Sphärische Lagerpunkte können eine uneingeschränkte Verstellung ermöglichen. Es kann eine Verlagerung einer Umform-/Drapieraufgabe, d. h. Komplexität, Kinematik, und Antriebstechnik, aus einem Greifsystem in ein stationäres System ohne Gewichtsbeschränkungen, wie Beschränkung aufgrund maximaler Roboter-Traglasten, erfolgen. Empfindliche Kinematiken können stationär aufgebaut werden. Eine nachteilige Beeinflussung durch Dynamik und Erschütterungen durch Bewegungen von Positioniersystemen, beispielsweise Roboter, kann vermieden werden. Ein Umformprozess kann durch einen automatisierten Prozess, d. h. Wiederholbarkeit, Robustheit des Prozesses, und in Folge auch Qualitätssteigerung verbessert werden. Zuschnitte können weiterhin von einem Greifer aufgenommen und in 3D abgelegt werden. Komplexe, schwere und empfindliche Greifsysteme können deutlich vereinfacht und auf eine alleinige Greifaufgabe reduziert werden. Eine zur Umformung gehörige Kinematik und Antriebstechnik kann außerhalb des Greifers angeordnet sein. Eine Prozessüberwachung und Korrekturmaßnahmen können erfolgen. Eine definierte Drapierung von 2D auf 3D außerhalb der Werkzeugform kann ermöglicht sein, wobei eine Prozessüberwachung und ein frühzeitiger Eingriff über Korrekturmaßnahmen deutlich erleichtert sein kann und ohne Wechselwirkungen mit bereits drapierten Zuschnitten möglich sein kann.
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Das Ablagemodul kann netzartig ausgeführt sein. Das Netz kann gemäß einer Verscherung von Kett- und Schussfaden verformbar sein. Dies kann mithilfe eines flexiblen Netzes und einer großen Anzahl von freigelagerten Hubelemente durchgeführt werden. In der Mitte des Netzes kann sich ein zentrales Hubelement, der erste Linearaktuator, befinden, das nicht frei gelagert ist. Zusätzlich kann es den Schnittpunkt neutraler Linien bilden. Von diesem zentralen Hubelement aus kann eine Verformung/Drapierung durchgeführt werden. Man kann diesen Punkt auch als Seed-Point oder Drapierstartpunkt bezeichnen. Von diesem zentralen Hubelement aus können sich mechanische Randbedingungen fortsetzen, die das Verhalten des gesamten Netzes beim Verfahren der Hubelemente bestimmen. Der Ansatz kann eine mechanische bzw. kinematische Kette an Randbedingen bilden. Eine frei wählbare Geometrie kann erzeugbar sein, die aufgrund der mechanischen Randbedingungen automatisch geforderte Verscherungen in das Fasermaterial einbringt.
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Das zentrale Hubelemente kann sich in der Mitte des netzartigen Aufbaus befinden. Aufgrund zweier neutraler Linien kann ein Verkippen dieses Hubelements verhindert sein. Wird nun ein Hubelement, das diesem zentralen Hubelement benachbart ist, in der Höhe verstellt, kann dessen Position und dessen Verkippen immer abhängig von der Position des zentralen Hubelements sein. Die selbe Abhängigkeit kann sich an den nächst benachbarten Hubelemente und so weiter zeigen. Es kann sich somit eine kinematische Kette bilden, die Abhängig von einer Flexibilität der Stabelemente, von erlaubten Kippfreiheitsgraden der Hubelemente und von deren Verfahrpositionen ist.
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Die Abhängigkeit kann sich durch den gesamten Aufbau ziehen mit beliebig vielen Hubelementen. Das zentrale Hubelement kann als Referenz oder als Null-Punkt dienen.
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Der Aufbau weist 2 neutrale Linien auf, die in 1 und 2 erkennbar sind. Sie verlaufen als gerade Linien durch das Netz und kreuzen sich in der Mitte rechtwinklig.
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Die neutralen Linien können sich dadurch auszeichnen, dass sie ein Kippen der Stellelemente, der zweiten Linearaktuatoren, auf diesen Linien nur in einer Ebene zulassen. Eine Linie in einer XZ-Ebene, die andere in einer YZ-Ebene. Rovings, die durch den Drapierstartpunkt, vorliegend an dem zentralen Hubelement, verlaufen, können sich geradlinig durch den Zuschnitt fortsetzen. Dem kann das vorliegende Aufnahmemodul folgen. Ein Kippen der Hubelemente soll somit immer nur zum zentralen Hubelement hin oder von dem zentralen Hubelement weg durchgeführt werden. Seitliches Verkippen kann aufgrund der Führungen verhindert werden. Alle Hubelemente, die sich außerhalb der neutralen Linien befinden sind von dieser Einschränkung freigestellt sein.
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Mit der Erfindung sind eben liegende textile Konfektionsteile in eine unebene Zielform umformbar. Ein definiertes und reproduzierbares Umformen textiler Konfektionsteile wird ermöglicht. Eine Reproduzierbarkeit wird erhöht. Eine Qualität wird erhöht. Eine Beschädigung textiler Konfektionsteile bei einem Umformen ist vermeidbar. Eine Faserrichtung textiler Konfektionsteile bei einem Umformen ist berücksichtigbar. Textile Konfektionsteile sind zumindest im Wesentlichen unter Scherbewegung und/oder Biegebewegung von Fasern der Konfektionsteile umformbar. Textile Konfektionsteile sind zumindest annähernd ohne Zug- und/oder Druckbewegung auf Fasern der Konfektionsteile umformbar. Ein Automatisierungsgrad wird erhöht. Ein Aufwand, wie Zeitaufwand und/oder personeller Aufwand, wird reduziert. Eine Ausbringungsrate wird erhöht. Eine erhöhte Komplexität an bewegten Greifern wird vermieden. Eine erhöhte Masse an bewegten Greifern wird vermieden. Eine Prozessüberwachung wird erleichtert. Korrektureingriffe werden erleichtert.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen schematisch und beispielhaft:
- 1 eine Umformeinrichtung für textile Konfektionsteile mit einer Basis, eines Aufnahmemoduls und Linearaktuatoren in perspektivischer Ansicht,
- 2 eine Basis, eine Gitterstruktur und Linearaktuatoren einer Umformeinrichtung für textile Konfektionsteile in perspektivischer Ansicht,
- 3 eine Basis, eine Gitterstruktur und Linearaktuatoren einer Umformeinrichtung für textile Konfektionsteile in Seitenansicht,
- 4 eine Gitterstruktur und Linearaktuatoren einer Umformeinrichtung für textile Konfektionsteile in Detailansicht,
- 5 einen Linearaktuator mit Kreuzgelenk und Kugelgelenk,
- 6 ein Kugelgelenk zur Verbindung eines Linearaktuators mit eines Aufnahmemodul und
- 7 ein Aufnahmemodul mit einer Gitterstruktur und einem Gewebe in Detailansicht.
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1 zeigt eine Umformeinrichtung 100 für textile Konfektionsteile, wie 102, mit einer Basis 104, einem Aufnahmemodul 106, einem ersten Linearaktuator und zweiten Linearaktuatoren, wie 108, in perspektivischer Ansicht. Die Umformeinrichtung 100 dient dazu textile Konfektionsteile 102 von einer ebenen Form in eine unebene Form umzufomen, um trockene Faserhalbzeuge zur Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen herzustellen. Dabei erfolgt ein Umformen der textilen Konfektionsteile 102 im Wesentlichen unter Scher- und/oder Biegebewegung und zumindest annähernd ohne Zug- und/oder Druckbewegung.
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Die Basis 104 ist stationär bodenfest angeordnet. Die Basis 104 weist vorliegend eine plattenartige Form auf. Das Aufnahmemodul 106 weist vorliegend eine rechteckige Kontur auf. Das Aufnahmemodul 106 ist nicht starr, sondern verformbar. Das Aufnahmemodul 106 ist reversibel verformbar. Das Aufnahmemodul 106 kann zwischen einer ebenen Stellung, die auch als 2D-Stellung bezeichnet werden kann, und einer unebenen Stellung, die auch als 3D-Stellung bezeichnet werden kann, verformt werden. Der erste Linearaktuator ist mit einem Ende mit der Basis 104 und mit einem anderen Ende mit dem Aufnahmemodul 106 kippfest verbunden. Die zweiten Linearaktuatoren 108 sind jeweils mit einem Ende mit der Basis 104 und mit einem anderen Ende mit dem Aufnahmemodul 106 mit einem Freiheitsgrad f=3 frei gelenkig verbunden. Der erste Linearaktuator und die zweiten Linearaktuatoren 108 können jeweils gesteuert verlängert und verkürzt werden. Die Linearaktuatoren 108 werden mithilfe einer Steuereinrichtung koordiniert betätigt. Die Linearaktuatoren 108 bilden einen Stellantrieb zum Verstellen des Aufnahmemoduls 106. Damit kann das Aufnahmemodul 106 beispielsweise in eine 2D-Stellung und ausgehend von der 2D-Stellung in eine vorgegebene 3D-Stellung verstellt werden. Das Aufnahmemodul 106 weist zwei neutrale Linien 112, 114 auf, die sich in einem Schnittpunkt 110 schneiden. Die zweiten Linearaktuatoren, die entlang der neutralen Linien 112, 114 angeordnet sind, sind jeweils mit dem Aufnahmemodul 106 mit einem Freiheitsgrad f=2 gelenkig verbunden und damit nicht frei gelenkig, sondern nur in einer durch eine neutrale Linien 112, 114 gehenden Ebene verschwenkbar.
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2 zeigt eine Basis 200, eine Gitterstruktur 202, einen ersten Linearaktuator 203 und zweite Linearaktuatoren, wie 204, einer Umformeinrichtung für textile Konfektionsteile, wie Umformeinrichtung 100 gemäß 1, in perspektivischer Ansicht. 3 zeigt die Basis 200, die Gitterstruktur 202 und die Linearaktuatoren 204 der Umformeinrichtung in Seitenansicht. 4 zeigt die Gitterstruktur 202 und Linearaktuatoren 204 der Umformeinrichtung in Detailansicht. 5 zeigt einen zweiten Linearaktuator 204 mit Kreuzgelenk 206 und Kugelgelenk 208. 6 zeigt das Kugelgelenk 208 zur Verbindung des zweiten Linearaktuators 204 mit einem Aufnahmemodul, wie Aufnahmemodul 106 gemäß 1. 7 zeigt ein Aufnahmemodul 210, wie Aufnahmemodul 106 gemäß 1, mit der Gitterstruktur 202 und einem Gewebe 212 in Detailansicht.
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Die Basis 200 weist eine gitterrahmenartige Form auf und ist vorliegend aus Stahlprofilen hergestellt. Die Gitterstruktur 202 ist Teil des Aufnahmemoduls 210. Das Aufnahmemodul 210 weist vorliegend eine balkenkreuzartige Kontur auf. Die Gitterstruktur 202 weist ein erstes Stabsystem mit ersten zueinander parallelen Stäben, wie 214, und ein zweites Stabsystem mit zweiten zueinander parallelen Stäben, wie 216, auf. Das erste Stabsystem und das zweite Stabsystem sind zueinander verkreuzt angeordnet und zueinander rhombusartig oder parallelogrammartig verschiebbar. Vorliegend dient eine basisfest angeordnete Führungsstruktur 217 zur Führung in einer X-Richtung und in einer Y-Richtung. Die Führungsstruktur 217 ist kreuzförmige ausgeführt. Die Führungsstruktur 217 ist mittig angeordnet. Mithilfe der Führungsstruktur 217 werden neutrale Linien des Aufnahmemoduls gebildet.
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Die Stäbe 214, 216 sind elastisch biegsam und weisen einen flachen rechteckigen Querschnitt auf. Die Stäbe 214, 216 sind vorliegend aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt. Die ersten Stäbe 214 und die zweiten Stäbe 216 sind an Knotenpunkten, wie 218, miteinander mithilfe von Drehgelenken mit einem Freiheitgrad f=1 gelenkig verbunden.
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Die Linearaktuatoren 203, 204 sind rasterartig angeordnet. Die Linearaktuatoren 203, 204 weisen jeweils ein basisseitiges erstes Ende und ein aufnahmemodulseitiges zweites Ende auf. Das erste Ende des ersten Linearaktuators 203 ist mit der Basis 200 fest verbunden. Das zweite Ende des ersten Linearaktuators 203 ist mit dem mittleren Knotenpunkt der Gitterstruktur 202 fest verbunden. Die ersten Enden der zweiten Linearaktuatoren 204 sind jeweils mit der Basis 200 mithilfe eines Kreuzgelenks, wie 206, mit der Basis 200 gelenkig verbunden. Das Kreuzgelenk 206 weist einen Freiheitgrad f=2 oder f=3 auf. Die zweiten Enden der zweiten Linearaktuatoren 204 sind jeweils mithilfe eines Kugelgelenks 208 mit einem Knotenpunkt 218 der Gitterstruktur 202 gelenkig verbunden. Das Kugelgelenk 208 weist einen Freiheitgrad f=3 auf. Das Kugelgelenk 208 ist vorliegend um ca. 30° verschwenkbar. Die Linearaktuatoren 203, 204 weisen jeweils eine Längsachse auf und dienen dazu, eine Kraft und/oder eine Bewegung in Erstreckungsrichtung der Längsachse zu erzeugen, um das Aufnahmemodul 210 zu verstellen. Die Linearaktuatoren 203, 204 weisen jeweils einen Zylinder und einen Kolben auf, wobei der Kolben in dem Zylinder entlang der Längsachse verschiebbar geführt ist.
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Das Aufnahmemodul 210 weist ein Gewebe 212 auf. Das Gewebe 212 weist ein erstes Fadensystem mit ersten Fäden, wie 220, und ein zweites Fadensystem mit zweiten Fäden, wie 222, auf. Das erste Fadensystem und das zweite Fadensystem sind zueinander verkreuzt. Das erste Fadensystem ist zu dem ersten Stabsystem der Gitterstruktur 202 parallel angeordnet. Das zweite Fadensystem ist zu dem zweiten Stabsystem der Gitterstruktur 202 parallel angeordnet. Das Gewebe 212 ist mit der Gitterstruktur 202 fest verbunden. Das erste Fadensystem und das Fadensystem des Gewebes 212 sind zueinander zusammen mit dem ersten Stabsystem und dem zweiten Stabsystem der Gitterstruktur 202 verschiebbar. Das Gewebe 212 bildet eine Aufnahmefläche des Aufnahmemoduls 210.
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Um trockene Faserhalbzeuge zur Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen herzustellen, wird zunächst das Aufnahmemodul 106, 210 in eine ebene Stellung verstellt. Nachfolgend wird mithilfe eines Industrieroboters mit einem Greifer ein Konfektionsteil 102 auf dem Aufnahmemodul 106, 210 vorgegeben positioniert abgelegt. Gegebenenfalls werden nachfolgend weitere Konfektionsteile auf dem bereits abgelegten Konfektionsteil 102 bzw. auf dem Aufnahmemodul 106, 210 abgelegt. Nachfolgend wird das Aufnahmemodul 106, 210 mit dem Konfektionsteil 102 bzw. den mehreren Lagen von Konfektionsteilen ausgehend von dem ersten Linearaktuator 203 in eine vorgegebene unebene Stellung verstellt, um das Konfektionsteil 102 bzw. die mehreren Lagen von Konfektionsteilen umzuformen. Nachfolgend wird das umgeformte Konfektionsteil 102 bzw. die mehreren Lagen von Konfektionsteilen mithilfe des Industrieroboters von dem Aufnahmemodul 106, 210 aufgenommen und an einem Formwerkzeug abgelegt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Umformeinrichtung
- 102
- textiles Konfektionsteil
- 104
- Basis
- 106
- Aufnahmemodul
- 108
- zweiter Linearaktuator
- 110
- Schnittpunkt
- 112
- neutrale Linie
- 114
- neutrale Linie
- 200
- Basis
- 202
- Gitterstruktur
- 203
- erster Linearaktuator
- 204
- zweiter Linearaktuator
- 206
- Kreuzgelenk
- 208
- Kugelgelenk
- 210
- Aufnahmemodul
- 212
- Gewebe
- 214
- erster Stab
- 216
- zweiter Stab
- 217
- Führungsstruktur
- 218
- Knotenpunkt
- 220
- erster Faden
- 222
- zweiter Faden
