-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes nach Oberbegriff des Anspruch 1 sowie eine Tapelegevorrichtung nach Anspruch 13
-
Die Anwendungen für Faserverbundwerkstoffe sind über die vergangenen Jahrzehnte immer weiter gestiegen, insbesondere wenn sie als preiswerte Alternative zu den metallischen Werkstoffen gesehen werden konnten, mit den Vorteilen der Gestaltungsfreiheit und anwendungsspezifischer Formulierungsmöglichkeiten. Speziell der Werkstoff CFK (Carbonfaserverstärkter Kunststoff) hat ein extrem hohes Leichtbaupotential, wobei er sich zugleich durch seine hohe Festigkeit und sehr hohe Struktursteifigkeit auszeichnet. Letzteres ist beispielsweise im Automobilbau ein wichtiges Kriterium.
-
Die heutigen Entwicklungstätigkeiten für Produktionsanlagen zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen reichen daher von reiner Maschinenentwicklung bis hin zu schlüsselfertigen Produktionssystemen. Erstere umfassen für gewöhnlich Preform-Herstelleinheiten, Presseinheiten und ggf. Injektionseinheiten sowie Nachbearbeitungseinheiten - letztere die entsprechende Automatisation für das Preform-Handling, die Werkzeugreinigung, die Bauteilentnahme und dergleichen mehr.
-
Die automatisierbare Herstellung der Preform stellt eine Schlüsseltechnologie im Herstellungsprozess von endlosfaserverstärkten Faserverbundbauteilen zur Realisierung einer effizienten Großserienfertigung mit reproduzierbarer stabiler Bauteilqualität dar. Aber auch bei sogenannten Hybridbauteilen, also formgepressten Blechen, die vornehmlich mit Carbonfaser-Halbzeugen verpresst werden, um kritische Belastungszonen zusätzlich zu verstärken, müssen sich alle Produktions-Einheiten anlagen- und steuerungstechnisch integrieren lassen, wenn eine hinreichende Produktivität erreicht werden soll.
-
Zur Herstellung von endlosfaserverstärkten Bauteilen werden heute überwiegend textile Faser-Halbzeuge wie mit einem Binder (Schmelzkleber) benetzte und/oder mit einer Matrix teilweise oder vollständig imprägnierte Faser-Garne und/oder Flächengebilde (sog. Prepregs) wie Fasergewebe, Fasergestricke, Fasergelege oder Fasermatten verwendet. Die Matrix von faserverstärkten Kunststoffen hat die Aufgabe, die hochbelastbaren Fasern einzubetten (Stützfunktion) und deren Zwischenraum vollständig auszufüllen (Sperrfunktion).
-
An Binder- und/oder Matrix-Werkstoffen können grundsätzlich Materialien aus den Gruppen der Thermoplaste oder der Duroplaste und ggf. zusätzlicher elastifizierender Komponenten, wie Elastomere, eingesetzt werden, welche sich in der Festigkeit, der maximalen Dehnung, der Einsatztemperatur, der Verarbeitungsgeschwindigkeit und der Chemikalienbeständigkeit unterscheiden. Duroplastische Formmassen lassen sich durch Temperatureinwirkung plastifizieren, sind in diesem Moment formbar und härten dann irreversibel unter Druck und Temperatur aus. Im Gegensatz zu den Thermoplasten bestehen die Elastomere und Duroplaste (auch Duromere genannt) nach der Verarbeitung, d. h. im gebrauchsfertigen Zustand, aus mehr oder weniger stark vernetzten Makromolekülen, die in der Regel weder schmelzbar noch löslich sind.
-
Aus diesen Halbzeugen, die als Rollen oder Plattenware in Standardformaten zur Verfügung stehen, werden in einem Schneidprozess Zuschnitte erzeugt, die in der Regel das umgeformte Bauteil vollflächig auskleiden. Beim Schneiden der Zuschnitte entsteht, je nach Bauteilgeometrie ein signifikanter Schneidabfall, der nicht verarbeitet werden kann und die Effizienz dieses Prozesses erheblich verschlechtert.
-
Zur Verbesserung der Ressourceneffizienz können endlosfaserverstärkte Bauteile über Faser- oder auch als Tape-Legeverfahren bekannt gewordene Verfahren wesentlich verschnittärmer bzw. verschnittfrei hergestellt werden. Speziell die Verwendung von Tapes aus thermoplastischen Endlosfasern erweist sich als eine sehr attraktive Prozessvariante. Hierbei stellt insbesondere das Legen des für gewöhnlich als Tape vorliegenden Faserverbundwerkstoffes zum Aufbau eines Laminats eine besondere Herausforderung dar.
-
Mit einem „Tape“ ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise jegliche Art von bahnförmigem Material, insbesondere ein Prepregmaterial, das beispielsweise eine Breite zwischen 30 und 200 mm aufweist, gemeint, welches für ein Ablegen mittels einer Tapelegevorrichtung geeignet ist. Mit „Prepegmaterial“ sind vorliegend insbesondere Fasergarne (Rovings), Fasergelege und/oder Fasergewebe gemeint, welche mit einem Binder benetzt und/oder mit einer Matrix, beispielsweise einer Duroplastmatrix oder Thermoplastmatrix, teilweise oder vollständig imprägniert, insbesondere vorimprägniert, sind.
-
Bei den „Fasern“ handelt es sich insbesondere um Kohlenstofffasern, der Begriff „Fasern“ umfasst aber in gleicher Weise auch Glasfasern oder andere, insbesondere natürliche oder künstlich hergestellte, Fasern.
-
Das Tape kann auf einem Trägermaterial angeordnet sein, insbesondere einer Trägerfolie oder einem Trägerpapier, das während des Ablegens des Tapes zum Aufbau des Laminats sich von dem Trägermaterial löst, wobei das Trägermaterial mittels einer geeigneten Einrichtung der Tapelegevorrichtung beseitigt, beispielsweise aufgewickelt, wird. Bevorzugt können jedoch auch Tapes Verwendung finden, die keine Trägermaterialien mehr benötigen.
-
Zur Verarbeitung von Tapes ist bekannt, diese von einer Spule oder Rolle abzuziehen, auf Länge zu schneiden und auf einen Legetisch bzw. einer bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapestruktur abzulegen. Mit dem Ablegen eines Tapestreifens bzw. von Tapes wird dieser über eine Anzahl an Ultraschall-Schweißköpfen punktweise mit der darunter liegende Tapeschicht verbunden.
-
Zur Verarbeitung von Tapes und zur Durchführung eines Tape-Legeverfahrens werden vielfach automatische Vorrichtungen eingesetzt, welche in der Lage sind, ein Tape strukturiert abzulegen. Bekannt sind insbesondere sog. Tapelegevorrichtungen, unter welchen vorliegend beispielsweise auch eine sog. Fiber-Placement-Vorrichtung zu verstehen ist.
-
Eine beispielhafte Tapelegevorrichtung ist aus dem Dokument
WO 2014/083196 A1 bekannt, das eine Tapelegevorrichtung beschreibt, die mit zwei Legekopfeinheiten konfiguriert ist. Die Legekopfeinheiten sind so angeordnet, dass sie für einen einzelnen Legetisch zugänglich sind. Die Legekopfeinheiten sind voneinander unabhängig und jeweils mit einer eigenen Material-Zuführungseinheit, Schneideinrichtung, Greifmittel mit zugehörigem Linearantrieb, Führungsbahnen und Bandhefteinheit konfiguriert. In dieser Konfiguration kann ein Bandabschnitt auf Länge gezogen, in Führungsbahnen positioniert und mit der ersten Legekopfeinheit auf dem zu produzierenden Teil in Position geheftet werden, während gleichzeitig der nächste Bandabschnitt auf Länge gezogen und auf der zweiten Legekopfeinheit in den Führungsbahnen positioniert wird. Nachdem der erste Bandabschnitt von der ersten Legekopfeinheit angeheftet wurde, befördert der Legetisch das zu produzierende Teil zur zweiten Legekopfeinheit, währenddessen der nächste Bandabschnitt vorbereitet und in Position gebracht ist, um am zu produzierenden Teil angeheftet zu werden.
-
Die
US 8,048,253 B2 beschreibt ebenfalls eine Tapelegevorrichtung mit einem Legekopf, wobei ein Tape-Bandmaterial einer Schneideinrichtung zugeführt wird, welche einen Tapestreifen bzw. ein Tape abtrennt, der anschließend mit dem Legekopf auf die Bearbeitungsfläche eines Legetisches platziert wird. Das Tape-Bandmaterial und das abgetrennte Tape werden in dem Legekopf dabei jeweils in Führungsschienen geführt, die zu beiden Seiten des Bandes bzw. des Tapes angeordnet sind, wobei die Kanten des Bandes bzw. des Tapes in Nuten, die in den Führungsschienen vorgesehen sind, gehalten werden. Das Dokument beschreibt auch, dass mehrere Legeköpfe vorgesehen sein können, so dass es möglich wird, mehrere Tapes bzw. Tapestreifen gleichzeitig abzulegen.
-
Die herzustellende Tapestruktur, welche auf dem Legetisch durch die Ablage der einzelnen Tapes nacheinander erzielt wird, umfasst meist mehrere Tapelagen, deren Faserorientierung sich von Tapelage zu Tapelage unterscheiden. Damit die Tapes an verschiedenen Orten und mit verschiedenen Orientierungen auf dem Legetisch abgelegt werden können, ist es eine translatorische und oft auch eine rotatorische Bewegung des Legetisches notwendig. Gerade jedoch bei der Drehung des Legetisches ergibt sich nach dem Stand der Technik der Nachteil, dass die Drehung nur in einem Rahmen von -180° bis zu +180° erfolgen kann. Gerade wenn zunächst ein Tape bei einer Orientierung von +160° und das nächste Tape bei -170° abgelegt werden soll, ist es im Stand der Technik erforderlich, dass der Tisch eine Drehung um -330° durchzuführen hat, da er nicht über + 180° hinausdrehen kann. Diese kostet zum einen Zykluszeit beim Ablegen des Tapes, wenn der Legetisch ständig eine große Drehung durchführen muss. Andererseits wirken durch die langen Drehungen entsprechende Kräfte auf die bereits auf dem Legetisch abgelegten Tapes. Diese Kräfte müssen wiederum von den durch Unterdruck erzeugten Anziehungskräften auf die Tapestruktur, kompensiert werden.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes sowie eine Tapelegevorrichtung und ein verbessertes Tapelegeverfahren anzugeben, welche die vorstehenden Nachteile überwindet.
-
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes und eine Tapelegevorrichtung anzugeben, welche flexibel und rasch zum effizienten Ablegen von Tapes eingesetzt werden können.
-
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes und eine Tapelegevorrichtung anzugeben, welche eine schnelle Zykluszeit zum Ablegen eines Tapes ermöglicht.
-
Es ist eine nochmals weitere Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes und eine Tapelegevorrichtung anzugeben, die mit geringen Anlagenkosten und Betriebskosten eingesetzt werden können.
-
Als eine erste Lösung wird eine Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes, umfassend einen Unterdruckerzeuger zur Erzeugung eines Unterdruckes; einen Legetisch mit einer Tischplatte zur Aufnahme von Tapes auf der Tischoberfläche der Tischplatte und zumindest ein Tischbein, wobei die Tischoberfläche Öffnungen aufweist, die mit dem Unterdruckerzeuger wirkverbunden sind; sowie zumindest eine Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung des Legetisches und/oder der Tischplatte, wobei die Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung zwischen der Tischoberfläche und dem Unterdruckerzeuger angeordnet ist, wobei zumindest eine Fluidverbindung zur Durchleitung des Unterdruckes von dem Unterdruckerzeuger zu den Öffnungen in der Tischoberfläche in und/oder durch die zumindest eine Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung angeordnet ist.
-
Die vorgenannte Erfindung erlaubt es nun die Öffnungen in der Tischoberfläche weitestgehend frei von Schlauchverbindungen mit einem Unterdruck zu versorgen, da eine fluide Verbindung über die bereits in der Vorrichtung vorhandenen Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung des Legetisches und/oder der Tischplatte erfolgt. Insbesondere die zentrale Fluidverbindung über eine Einrichtung zur rotatorischen Bewegung des Legetisches und/oder der Tischplatte erlaubt es, den Legetisch und/oder die Tischplatte unbegrenzt, und somit über einen Winkel von 360° hinaus, zu bewegen, da die im Stand der Technik vorhandenen Schlauchverbindungen, welche eine endliche Länge aufweisen, zur Versorgung der Öffnungen mit Unterdruck entfallen können.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet aus, dass in der zumindest einen Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung eine erste Öffnung angeordnet ist, welche in Fluidverbindung mit den Öffnungen der Tischplatte steht, und zumindest eine zweite Öffnung, welche in Fluidverbindung mit dem Unterdruckerzeuger steht.
-
Alternativ oder in Kombination ist die Fluidverbindung der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung in und/oder über die Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung wirkverbunden. Die fluide Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Öffnung kann auf vielfältige Weise erfolgen. Vorzugsweise kann zur Bildung der Fluidverbindung zumindest ein Schlauch angeordnet sein. Dieser Schlauch verläuft jedoch innerhalb der Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung.
-
Bevorzugt ist jedoch eine Fluidverbindung, welche durch die Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung selbst erfolgt. Hierzu weisen die Einrichtungen Öffnungen auf, welche in direkter Verbindung mit dem Unterdruckerzeuger und den Öffnungen stehen. Die Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung bilden somit einen Teil des Leitungssystem für den Unterdruck vom Unterdruckerzeuger zur den Öffnungen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist entweder eine Einrichtung zur translatorischen Bewegung oder eine Einrichtung zur rotatorischen Bewegung angeordnet. Bevorzugt sind bei einer gewünschten translatorischen und rotatorischen Bewegung zwei Einrichtungen vorhanden, welche separat voneinander betrieben werden können. Durch die Entkopplung der translatorischen und rotatorischen Bewegung ergeben sich auch mehr Freiheiten in der Ausgestaltung der einzelnen Einrichtungen zur Bewegung.
-
Bevorzugt umfassen die Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung einen ersten Teil und einen zweiten Teil, welchen gegeneinander bewegbar sind. Die Gliederung und Aufteilung der Einrichtungen zur Bewegung in zumindest zwei Teile ermöglicht eine Bewegung eines Teils während der andere Teil ortsfest angeordnet sein kann. Durch die Fixierung eines Teils kann dieser beispielsweise mit festen Rohrverbindungen mit dem Unterdruckerzeuger verbunden werden, welche jedoch durch den ersten Teil immer noch eine freie Bewegung ermöglicht.
-
In einer bevorzugten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der erste Teil und der zweite Teil der Einrichtungen zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung gegeneinander abgedichtet sind. Durch die Abdichtung, die beispielsweise über eine Dichtung erfolgen kann, kann erzielt werden, dass bei einer Fluidverbindung durch die Einrichtungen zur Bewegung der Unterdruck auch gehalten werden kann und sich keine Leckagen und Fehlströmungen entstehen.
-
Insbesondere umfasst die translatorische Einrichtung einen Kasten, umfassend Seitenwände und einen Deckel, als ersten Teil und eine Platte, über welche der Kasten bewegbar ist und welche sich über die Ausmaße des Deckels des Kastens erstreckt, als zweiten Teil. Der Kasten gleitet über die Platte hinweg, welche durch ihr gegenüber dem Deckel größerem Ausmaß eine Bewegung des Kastens über weite Strecken ermöglichen kann.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass in der Platte die zweite Öffnung, vorzugsweise ortsfest, angeordnet ist, welche bei Bewegung des Kastens innerhalb der Seitenwände des Kastens verbleibt. Die Seitenwände des Kastens können sich somit nicht über die zweite Öffnung hinaus bewegen und diese freilegen. Dies ist notwendig, dass stets eine Abdichtung gegenüber dem Vakuumerzeuger gewährleistet ist.
-
Alternativ oder in Kombination umfasst die rotatorische Einrichtung ein Drehlager als ersten Teil und die Tischplatte oder den Verteilerkasten oder das Tischbein oder die translatorische Einrichtung als zweiten Teil. Die Anordnung des Drehlagers hängt dabei von den Gegebenheiten der gesamten Vorrichtung ab. Bei einer reinen rotatorischen Bewegung kann die Anordnung nahezu beliebig zwischen den Öffnungen und dem Vakuumerzeuger erfolgen. Soll hingegen auch eine translatorische Bewegung möglich sein, so ist die Anordnung so zu wählen, dass bei jeglicher Bewegung die Fluidverbindung erhalten bleibt.
-
Vorzugsweise ist eine mittige Bohrung im Tischbein Teil der Fluidverbindung, über welche eine Wirkverbindung der ersten Öffnung mit der zweiten Öffnung besteht. Eine mittige Bohrung bietet den Vorteil, dass beispielsweise das Tischbein drehbar gelagert sein kann und sich durch die mittige Bohrung unbegrenzt drehbar ist ohne die fluide Verbindung zwischen den Öffnungen und dem Vakuumerzeuger zu trennen.
-
Bevorzugt ist zwischen der Tischoberfläche und der Einrichtung zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung oder der zweiten Öffnung ein Verteilerkasten zum Verteilen des Unterdruckes über die Öffnungen in der Tischoberfläche angeordnet ist. Über den Verteilerkasten kann die Zufuhr an Unterdruck zu den einzelnen Öffnungen oder auch Tischsegmenten gesteuert werden. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit einzelne Öffnungen oder Tischsegmente hinzu- oder abzuschalten, um so letztendlich den gesamten Energiebedarf zu optimieren.
-
Eine weiter Lösung betrifft eine Tapelegevorrichtung umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Tapes, eine Legeeinrichtung zum Aufnehmen von Tapes von der Zuführeinrichtung und Ablegen der Tapes auf einer Vorrichtung zur Aufnahme von Tape, wobei die Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes wie vorstehend ausgeführt sein kann.
-
Insbesondere umfasst die Tapelegevorrichtung weiterhin eine Materialzuführeinheit zum Zuführen von Tape-Material, insbesondere Tape-Bandmaterial, sowie eine Schneideinrichtung zum Schneiden des Tape-Materials zu einzelnen Tapes.
-
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung wird im Nachfolgenden mit Bezug auf die Zeichnungen an Hand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben.
-
Es zeigen:
- 1 eine Tapelegevorrichtung;
- 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes in einer Seitenansicht
- 3a, 3b zwei Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes in einer Draufsicht; und
- 4 die Anordnung zur Abdichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der Umgebung.
-
In der 1 ist eine Tapelegevorrichtung 1 zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen sowie Verstärkungsstrukturen für faserverstärkte Bauteile in einer schematischen Querschnittsansicht dargestellt. Wie in 1 gezeigt, wird in der Tapelegevorrichtung 1 ein Tape-Material 2, welches vorzugsweise als Tape-Bandmaterial beispielsweise auf einer Spule 3 aufgewickelt bereitgestellt wird, von der Spule 3 abgewickelt und einer Zuführungseinrichtung 8 zugeführt. Zu diesem Zweck ist vor der Zuführungseinrichtung 8 eine Antriebseinrichtung 6 angeordnet, welche in dieser Ausführungsform ein Paar von Antriebswalzen aufweist, die einen Walzenantrieb, auch als Mangelantrieb bezeichnet, bilden, der für den Transport des Tape-Materials 2 sorgt. Die Antriebswalzen der Antriebseinrichtung 6 werden dabei von einem oder von mehreren Motoren (nicht dargestellt) unter Steuerung einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) angetrieben, so dass das Tape-Material 2 mit einer gewünschten Geschwindigkeit und/oder einer gewünschten Länge in die Zuführungseinrichtung 8 „geschoben“ und derart zugeführt wird.
-
Zwischen der Spule 3 und der Antriebseinrichtung 6 wird das Tape-Material 2 über Umlenkrollen 4 geführt. Für einen kontinuierlichen Betrieb der Tapelegevorrichtung 1 ist es notwendig, dass im Bereich der Materialzuführung ein Puffersystem 5 angeordnet ist, welches einen bestimmten Vorrat an Tape-Material 2 aufnehmen kann. So kann in Fällen, in welchen beispielsweise ein Wechsel der Spule 3 notwendig ist, ohne Unterbrechung mit dem im Puffersystem 5 vorhandenen Tape-Material 2 weiter produziert werden, bis eine neue Spule 3 eingesetzt und deren Tape-Material 2 in das System eingefädelt wurde. Das Puffersystem 5 kann als Tänzersystem ausgeführt sein, welches mittels eines oder mehrerer Federsysteme einen Bandvorrat bewirkt.
-
Im weiteren Verlauf wird vor oder in der Zuführungseinrichtung 8 das Tape-Material 2 mittels einer Schneideinrichtung 7, das beispielsweise als ein Schneidmesser ausgeführt ist, geschnitten, um von dem Tape-Material 2 einzelne Tapes 20 einer jeweils gewünschten Länge abzutrennen. Zum sauberen Schneiden ist es erforderlich, dass die Zuführung an Tape-Material 2 zur Zuführungseinrichtung 8 kurz angehalten wird. Um trotzdem ein kontinuierliches Abwickeln der Spule 3 zu ermöglichen, kann das Puffersystem 5 dieses kurze Abbremsen oder Abstoppen der Bewegung des Tape-Materials 2 auch ausgleichen. Die Schneideinrichtung 7 bzw. das Schneidmesser ist dabei winkelig verstellbar, so dass nicht nur Schnitte quer zur Bandrichtung des Tape-Materials 2 ausgeführt werden können, sondern mittels einer entsprechenden Verstellung der Schneideinrichtung 7 um einen Winkel von beispielsweise ± 45° relativ zur Querrichtung des Tape-Materials 2 auch Tapes 20 abgeschnitten werden können, die in einem entsprechenden, gewünschten Winkel zugeschnitten sind.
-
Alternativ wäre es ebenfalls denkbar, dass das Tape-Material 2 bereits als Tapes 20 vorliegend in die Zuführungseinrichtung 8 zugeführt werden und ein Schneiden zu Tapes 20 an dieser Stelle nicht mehr notwendig macht. Eine Schneideinrichtung 7 kann auch außerhalb der eigentlichen Tapelegevorrichtung angeordnet sein und als Zuführungseinrichtung kommen neben Transportbändern jegliche Art von Transportmittel in Betracht.
-
Nachdem die Tapes 20 derart in der Schneideinrichtung 7 von dem Tape-Material 2 abgetrennt und vereinzelt wurden, oder bereits als vereinzelte Tapes 20 zugeführt wurden, werden die Tapes 20 auf der Zuführungseinrichtung 8 weiter transportiert, welche die Tapes 20 schließlich an eine Legeeinrichtung 11 zuführt und an diese übergibt. In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl die Zuführungseinrichtung 8 als auch die Legeeinrichtung 11 mit einem oder mehreren, um Umlenkrollen 10,13 geführten Transportbändern 9, 12 als Transportmittel ausgestattet. In der Zuführungseinrichtung 8 werden dabei die Tapes 20 aufliegend, das heißt, auf einer Oberseite der Zuführungseinrichtung 8 auf dem Transportband 9 aufliegend transportiert. Hingegen werden die einzelnen Tapes 20 in der Legeeinrichtung 11 jeweils „hängend“ transportiert. Hierzu ist die Legeeinrichtung 11 mit einer Vakuumeinrichtung 14 versehen, welche den für den Transport notwendigen Unterdruck bereitgestellt, so dass die Tapes 20 an die Unterseite der Legeeinrichtung 11 angesaugt werden können. Es sei dabei bemerkt, dass hierin der Begriff des Vakuums nicht im Sinne eines idealen, vollständigen Vakuums verwendet wird, was einer vollständigen Abwesenheit von Luft oder anderen Gasen entsprechen würde. Vielmehr wird der Begriff des Vakuums hierin im Sinne eines Unterdrucks verwendet, der insbesondere hinreichend ausgeprägt ist, um eine gewünschte und/oder erforderliche Mindesthaltekraft sicher einhalten zu können.
-
Die Vakuumeinrichtung 14 ist so mit dem Transportband 12 der Legeeinrichtung 11 verbunden, dass durch das Transportband 12 hindurch Luft angesaugt und so ein Unterdruck aufgebaut werden kann, beispielsweise indem eine Vielzahl von Öffnungen in dem Transportband 12 vorgesehen sind, durch welche die Luft angesaugt werden kann. Alternativ kann auch ein Transportband 12 eingesetzt werden, beispielsweise aus einem Gewebematerial, so dass die Maschen des Gewebematerials die Öffnungen darstellen und eine entsprechende Sog-Wirkung ausgebildet wird, welche zum Ansaugen von Tapes 20 notwendig ist.
-
Die Legeeinrichtung 11 ist über einem Legetisch 15 angeordnet. Der Legetisch 15 umfasst eine Tischoberfläche 16 mit einer Vielzahl an Öffnungen 34, welche mit einer (nicht dargestellten) Unterdruckeinrichtung 27 in Wirkverbindung stehen, so dass über die Öffnungen 34 Luft oder andere gasförmige Medien zur Erzeugung eines Unterdruckes angesaugt werden können. Der Legetisch 15 bzw. die Tischplatte 17 kann in mehrere Tischsegmente 18 unterteil sein, welche jeweils mehrere Öffnungen 34 umfassen. Je nach Bedarf und Position zur Ablage von Tapes 20 können die einzelnen Tischsegmente 18 zu- und abgeschaltet werden um so den Energieeinsatz zu minimieren und ungewollte Luftströmungen zu vermeiden.
-
Der Legetisch 15 und/oder die Legeeinrichtung 11 können in vertikaler Richtung relativ zueinander bewegt werden, so dass die Legeeinrichtung 11 jeweils zumindest ein einzelnes Tape 20 auf dem Legetisch 15 platzieren und ablegen kann. Beispielsweise kann eine Linearführung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, mittels der die Legeeinrichtung 11 in vertikaler Richtung auf den Legetisch 15 abgesenkt werden kann, um das Tape 20 auf der Tischoberfläche 16 des Legetisches 15, oder einer bereits zuvor auf der Tischoberfläche 16 des Legetisches 15 ausgebildeten Tapestruktur abzulegen, und gegebenenfalls kurz und leicht anzudrücken. Nach dem Ablegen des Tapes 20 wird die Legeeinrichtung 11 wieder angehoben, um ein nächstes Tape 20 aufzunehmen. Es sei hierbei bemerkt, dass im Sinne dieses Dokuments sowohl das Platzieren und Ablegen eines oder mehrerer Tapes 20 auf der Tischoberfläche 16 des Legetisches 15, als auch das Ablegen eines oder mehrerer Tapes 20 auf bereits zuvor auf dem Legetisch 15 abgelegte Tapes 20, insbesondere auf einer zuvor ausgebildeten Tapelage, als ein Platzieren und Ablegen des Tapes 20 auf dem Legetisch 15 verstanden werden soll.
-
Zur Erhöhung der Legerate ist es insbesondere vorgesehen, dass mehrere Tapes 20 simultan, das heißt, insbesondere zeitgleich und mehrspurig gehandhabt werden, wobei durch eine solche Parallelisierung vorteilhaft die Anzahl gelegter Tapes 20 pro Abfolge entsprechend multipliziert wird. Entsprechend kann in einer Tapelegevorrichtung 1 bevorzugt vorgesehen sein, dass die entsprechenden Einheiten in entsprechend multipler Ausführung vorgesehen sind. So können jeweils zwei Spulen 3 vorgesehen sein, von welchen mittels zwei Antriebseinrichtungen 6 mit insgesamt zwei Paaren von Antriebswalzen zwei Stränge eines Tape-Materials 2 abgezogen und zu zwei jeweiligen Schneideinrichtungen 7 zugeführt werden, wo mittels zweier Schneidmesser zwei jeweilige Tapes 20 abgetrennt und mittels zweier Zuführungseinrichtungen 8 zu zwei Legeeinrichtungen 11 zugeführt werden. Mittels der zwei Legeeinrichtungen 11 können somit zwei Tapes 20 gleichzeitig auf dem Legetisch 15 platziert und abgelegt werden.
-
Es kann weiter ebenfalls vorgesehen sein, dass, wie bekannt, während des Ablegens von Tapes 20 bereits zuvor abgelegte Tapes 20 zum Beispiel mittels hierzu vorgesehenen Ultraschalleinrichtungen oder anderen Hefteinrichtungen an der oder den darunter liegenden Tapelagen angeheftet werden, beispielsweise durch Plastifizieren, oder zumindest teilweise mit der oder den darunter liegenden Tapelagen zu einem Laminat konsolidiert werden. Dieses Vorgehen kann für jede weitere Tapelage wiederholt werden. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die Tapes 20 unmittelbar nachdem sie auf dem Legetisch 15 abgelegt und platziert werden an der oder den darunter liegenden Tapelagen anzuheften, beispielsweise mittels Hefteinrichtungen, insbesondere Ultraschalleinrichtungen, die in den Legeeinrichtungen 11 vorgesehen sind. Die erste Lage an Tapes 20, welche auf dem Legetisch 15 abgelegt wird, wird an dessen Tischoberfläche 16 mittels einer Unterdruckeinrichtung 27, welche in Wirkverbindung mit den Öffnungen 34 auf der Tischoberfläche 16 stehen, gehalten, wobei die Tapes 20 an die Tischoberfläche 16 des Legetisches 15 ansaugt werden.
-
In 2 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes 20 dargestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Legetisch 15, welcher aus einer Tischplatte 17, die in mehrere Tischsegmente 18 unterteilt sein kann, und einem Tischbein 19 aufgebaut ist. Die Tischoberfläche 16 der Tischplatte 17 weist dabei Öffnungen 34 auf, an welchen ein Unterdruck angelegt ist um auf der Tischoberfläche 16 abgelegte Tapes 20 an abgelegten Ort zu fixieren. Weiter umfasst der Legetisch in dieser Ausführungsform einen Verteilerkasten 21, über welchen der Unterdruck, welcher über eine erste Öffnung 31 zentral zugeführt wird, zu den einzelnen Öffnungen 24 bzw. den Tischsegmenten 18 geleitet wird. Optional kann die erste Öffnung 31 auch direkt an der Tischplatte 17 angeordnet sein, beispielsweise wenn die Tischplatte 17 nicht in Tischsegmente 18 unterteilt ist. Die Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes umfasst weiter einen Kasten 22, welcher auf einer Platte 23 angeordnet ist. In der Platte 23, welche mittels Stützen 30 gegenüber dem Untergrund abgestützt ist, befindet sich eine zweite Öffnung 32, welche in Verbindung mit einer Zuführung 24 steht. Über die Zuführung 24 erfolgt derAnschluss an einen Unterdruckerzeuger 27 (in 2 nicht dargestellt), welcher letztendlich den notwendigen Unterdruck zum Halten von Tapes 20 auf der Tischoberfläche erzeugt.
-
Zur Ablage von Tapes 20 mit unterschiedlichen Orientierungen und an unterschiedlichen Orten auf der Tischoberfläche 16, ist es wünschenswert, dass sich der Legetisch 15 oder zumindest die Tischplatte 17 translatorisch als auch rotatorisch bewegen kann. Dies lässt sich oft mit einem geringeren Aufwand erzielen, als die komplette Legeeinrichtung 11 mit entsprechenden Freiheitsgraden auszustatten. Um eine Bewegung des Legetisches 15 oder zumindest des Tischplatte 17 zu ermöglichen sind Einrichtungen E, E1, E2 angeordnet, welche dem Legetisch 15 bzw. der Tischplatte 15 die notwendigen Freiheitsgrade einräumen. Es können Einrichtungen E1 zur translatorischen Bewegung und auch Einrichtungen E2 zur rotatorischen Bewegung angeordnet sein. Auch eine einzelne Einrichtung E, welche eine oder beide Bewegungsformen vereint, ist in dieser Ausführungsform umfasst. Die Anzahl der Einrichtungen E, E1, E2 ist auch durch die jeweiligen Freiheitsgrade der Einrichtungen E, E1, E2 bestimmt.
-
In der vorliegenden Ausführungsform der 2 ist die Einrichtung E1 zur translatorischen Bewegung aus dem Kasten 22 und der Platte 23 aufgebaut. Die Einrichtung E1 umfasst somit zwei Teile, Kasten 22 und Platte 22, wobei ein Teil gegenüber dem anderen Teil bewegbar ist. Der Kasten 22 umfasst mehrere Seitenwände, welche sich über die Platte 23 bewegen können, sowie einen Deckel. Die Platte 23, die ortsfest angeordnet ist, bildet in diesem Fall einen Boden aus, über welchen der Kasten 22 gleiten kann. In der Platte 23 ist weiterhin eine Öffnung 32 angeordnet, über welche über eine Zuführung 24 eine direkte Verbindung zum Unterdruckerzeuger 27 besteht. Die Öffnung 32 ist hierbei ortsfest in der Platte 23 angeordnet und der Kasten 22 kann sich frei über diese Öffnung 32 bewegen, wodurch im Kasten 22 selbst auch ein Unterdruck herrscht. Die Bewegung des Kastens 22 ist nur insoweit beschränkt, dass die Seitenwände des Kastens 22 bis an die Öffnung 32 hin bewegt werden können, jedoch nicht über diese Öffnung 32 hinweg, da sonst die fluide Verbindung zwischen dem Kasten 22 und dem Unterdruckerzeuger 27 über die Zuführung 24 abbrechen würde und über die Zuführung 24 Luft aus der Umgebung gezogen werden würde. Je nach Größe und Lage der Öffnung 32 kann eine ausreichende translatorische Bewegung des Kasten 22 der Einrichtung E1 erreicht werden, welche beispielsweise 4 m betragen kann.
-
Um eine Fluidverbindung über die Einrichtung E1 zwischen den Öffnungen 34 und dem Unterdruckerzeuger 27 zu erreichen, ist auch im Kasten 22 der Einrichtung E1 eine Öffnung 33 angeordnet. Diese Öffnung 33, auch als dritte Öffnung 33 bezeichnet, mündet hierbei direkt an das Tischbein 19 des Legetisches 15. Über eine mittige Bohrung im Tischbein 19 und eine weitere Öffnung 31, welche den Verteilerkasten 21 mit dem Tischbein 19 verbindet kann eine durchgängige fluide Verbindung zwischen den Öffnungen 34 und dem Unterdruckerzeuger 27 erzielt werden, welche es erlaubt den Legetisch 15 bzw. die Tischplatte 17 translatorisch zu bewegen.
-
Für eine rotatorische Bewegung des Legetisches 15 bzw. der Tischplatte 17 kann weiter eine Einrichtung E2 zur rotatorischen Bewegung angeordnet sein. Die Einrichtung E2 kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel an mehreren Stellen innerhalb der Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes 20 angeordnet sein. Auch die Einrichtung E 2 für eine rotatorische Bewegung umfasst zumindest zwei Teile, wobei ein Teil durch ein Drehlager gebildet ist, welches meist ortsfest angeordnet ist. Der zweite Teil der Einrichtung E2 kann beispielsweise gebildet werden durch das Tischbein 19 oder den Verteilerkasten 21 oder auch die translatorische Einrichtung E1. In der 2 könnte das Drehlager beispielsweise auf dem Kasten 22 oberhalb der Öffnung 33 angeordnet sein und der gesamte Legetisch 15 bzw. das Tischbein 19 könnten darauf gelagert sein. Das Tischbein 19 könnte somit eine freie Rotationsbewegung ausüben, da die fluide Verbindung durch die mittige Bohrung im Tischbein 19 nicht unterbrochen werden würde. Alternativ wäre auch die Anordnung des Drehlagers am Verteilerkasten 21 denkbar, so dass das Tischbein 19 ortsfest wäre und nur eine Drehung der Tischplatte 17 inklusive des Verteilerkasten 21 erfolgte. In einer Ausführung der 2 ohne Verteilerkasten 21 könnte die Tischplatte 17 direkt auf dem Drehlager gelagert sein. Dies hätte den Vorteil, dass nur ein minimales Gewicht in Rotation zu versetzen wäre im Vergleich zu dem kompletten Legetisch 15 bei der Anordnung des Drehlagers unterhalb des Tischbeins 19.
-
Durch die Ausbildung einer Einrichtung E2 zur rotatorischen Bewegung, über welche gleichzeitig die unterbrechungsfreie Fluidverbindung zwischen Öffnungen 34 und Unterdruckerzeuger 27 erfolgt, ergibt sich bei der Drehung nun kein Endanschlag mehr und der Legetisch 15 bzw. die Tischplatte 17 sind unbegrenzt drehbar.
-
Durch eine durchgehende fluide Verbindung zwischen den Öffnungen 34 in der Tischplatte 17 und dem Unterdruckerzeuger 27 über die Einrichtungen E, E1, E2 zur translatorischen und/oder rotatorischen Bewegung können Schlauchverbindungen im Wesentlichen vermieden oder deutlich reduziert werden. Dies wirkt sich einerseits auf den Unterdruckerzeuger 27 aus, welcher durch die geringeren Schlauchlängen effizienter arbeiten kann. Andererseits reduzieren sich auch Wartungskosten für die Kontrolle der Verbindungen.
-
In den 3a und 3b sind weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes 20 in einer Draufsicht dargestellt. Die Figuren zweigen einen Legetisch 15 umfassend eine Tischplatte 17, welche auf einem Tischbein 19 angeordnet ist. Die Tischplatte 17 weist wiederum eine Tischoberfläche 16 auf, in welcher eine Vielzahl von Öffnungen 34 angeordnet ist. Eine Unterteilung der Tischplatte 17 in mehrere Tischsegmente 18 kann optional vorgesehen sein, ist jedoch in den 3a, 3b nicht dargestellt. Ebenso wurde auf eine Darstellung eines Verteilerkastens 21 übersichtshalber verzichtet, jedoch kann dieses Element optional ebenfalls angeordnet sein.
-
Als Einrichtung E1 zur translatorischen Bewegung ist ein Kasten 22 angeordnet, der über eine Platte 23 gleiten kann. Eine Einspeisung des Unterdruckes in den Kasten 22, welcher gegenüber der Platte 23 abgedichtet ist, erfolgt über eine Öffnung 32 in der Platte 23. Der Kasten 22 ist über eine oder mehrere Führungen 26 mit den Längsträgern 25 der Vorrichtung verbunden, welche nur eine Bewegung in die Bildebene hinein und aus ihr heraus erlauben. Alternativ könnte eine Führung auch am Legetisch 15 oder einer Komponente des Legetisches 15 angeordnet sein, so dass eine Führung des Kastens 22 durch eine feste Verbindung des Kastens 22 mit dem Legetisch 15 erfolgt.
-
Auf dem Kasten 22 ist wiederum das Tischbein 19 des Legetisches 15 gelagert. Die fluide Verbindung zwischen Kasten 22 und den Öffnungen 34 in der Tischplatte 17 erfolgt über eine Öffnung 33 zwischen Kasten 22 und Tischbein 19 sowie eine weitere Öffnung 31 zwischen Tischbein 19 und Tischplatte 17, so dass die auf der Tischoberfläche 16 abgelegten Tapes 20 an ihrer abgelegten Position beim aktiven Unterdruck auch verharren.
-
Der Unterdruckerzeuger 27 ist, wie in 3a dargestellt direkt mit der Zuführung 24 über eine Verbindung 35 verbunden und speist den Unterdruck direkt in die Zuführung 24 ein. Diese Anordnung und Verbindung ist besonders empfehlenswert, wenn der Unterdruckerzeuger 27 direkt neben der Vorrichtung zur Aufnahme von Tapes 20 angeordnet sein kann. Alternativ wäre auch eine direkte Verbindung von Unterdruckerzeuger 27 mit der Platte 23 bzw. der in der Platte 23 vorhandenen Öffnung 32 über die Verbindung möglich. Jedoch bietet die Zuführung 24 den Vorteil, dass die Öffnung 32 mit einer größeren Fläche ausgestaltet werden kann und die Unterschiede in den Strömungsgeschwindigkeiten zwischen den einzelnen Abschnitten minimiert werden können.
-
In 3b ist eine alternative Verbindung zwischen Unterdruckerzeuger 27 und der Zuführung 24 dargestellt. In dieser Ausführungsform besteht eine fluide Verbindung zwischen der Zuführung 24 und den Längsträgern 25, welche als Verbindungselement genutzt werden können. Die Verbindung 35 zu dem Unterdruckerzeuger 27 erfolgt über einen Anschluss direkt an einen oder mehrere Längsträger 25. Dies erlaubt eine größere Distanz zwischen dem Unterdruckerzeuger 27 und der Öffnung 32, andererseits werden auch Rohrleitungen in dem Sinne eingespart, dass vorhandene Objekte, welche eine Leitung des Unterdruckes erlauben auch genutzt werden. Zudem erlauben die Längsträger 25 die Leitung des Unterdruckes über einen relativ großen Querschnitt.
-
4 zeigt noch eine Ausführungsform der Abdichtung des Kastens 22 eggenüber der Platte 23. Hierzu ist an einer Seitenwand des Kastens 22 eine Nase vorgesehen, welche zwischen ihr und der Seitenwand des Kastens 22 einen Hohlraum ausbildet. Der ausgebildete Hohlraum dient zur Aufnahme einer Dichtung 28, welche vorzugsweise komplette umlaufend um den Kasten 22 angeordnet ist. Zwischen dem Kasten 22 und der Platte 23 ist ein Spalt ausgebildet, so dass der Kasten 22 über der Platte 23 schwebt und eine Abdichtung zur Umgebung, welche bei Leitung eines Unterdruckes über den Kasten 22 notwendig ist, über die Dichtung 28 erfolgt. Dich Dichtung 28 ist dabei so ausgebildet und das Material der Dichtung 28 so gewählt, dass die Gleitreibung ihr und der Platte 23 minimal ist, wenn der Kasten 22 über die Platte 23 bewegt wird. Zur besseren Abdichtung ist weiter ein Federelement 29 im Hohlraum zwischen Nase und Seitenwand oberhalb der Dichtung 28 angeordnet, welches ein gewisses Spiel bei unterschiedlichen Druckdifferenzen zwischen Umgebung und dem Inneren des Kastens 22 erlaubt. Das Federelement 29 kann beispielsweise als eine umlaufende Rundschnur ausgebildet sein, welche aus einem Elastomer besteht.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Tapelegevorrichtung
- 2
- Tape-Material
- 3
- Spule
- 4
- Umlenkrolle
- 5
- Puffersystem
- 6
- Antriebseinrichtung
- 7
- Schneideinrichtung
- 8
- Zuführungseinrichtung
- 9
- Transportband
- 10
- Umlenkrolle
- 11
- Legeeinrichtung
- 12
- Transportband
- 13
- Umlenkrolle
- 14
- Vakuumeinrichtung
- 15
- Legetisch
- 16
- Tischoberfläche
- 17
- Tischplatte
- 18
- Tischsegment
- 19
- Tischbein
- 20
- Tape
- 21
- Verteilerkasten
- 22
- Kammer
- 23
- Platte
- 24
- Zuführung
- 25
- Längsträger
- 26
- Führung
- 27
- Unterdruckerzeuger
- 28
- Dichtung
- 29
- Federelement
- 30
- Stütze
- 31
- Öffnung
- 32
- Öffnung
- 33
- Öffnung
- 34
- Öffnung
- 35
- Verbindung
- E, E1, E2
- Einrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2014/083196 A1 [0014]
- US 8048253 B2 [0015]
